Informe 1 Ciencias de Los Materiales Ensayo de Dureza

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación ”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Ciencia de los Materiales I INFORME DE LABORATORIO Nº 1

TEMA: ENSAYO DE DUREZA PROFESOR: ____________________________ INTEGRANTES:  CARBAJAL JARA WILDER JAVIER  OCHOA RIVAS DIEGO STEVEN  VALERA QUIROZ JOSE DANIEL SECCION:

“ ”

FECHA DE EXPERIENCIA:

13/04/15

FECHA DE ENTREGA:

19/04/15

LIMA - 2015

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ÍNDICE

INTRODUCCION ................................................................................................................. 3 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 4 DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO............. 5 Equipo Rockwell: .............................................................................................................. 5 Equipo para Vickers:........................................................................................................ 6 Microscopio ........................................................................................................................... 6 ................................................................................................................................................ 7 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL............................................................................... 8 TABLAS Y RESULTADOS ...............................................................................................14 METODO VICKERS (HV). ............................................................................................14 METODO ROCKWELL (HR) ........................................................................................15 OBSERVACIONES............................................................................................................16 CONCLUSIONES: .............................................................................................................16 RECOMENDACIONES: ....................................................................................................17 BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................................................18 ANEXOS..............................................................................................................................18 CUESTIONARIO ................................................................................................................21

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INTRODUCCION Probablemente los materiales más cercanos a la profesión del ingeniero son los metales, como el acero estructural. En este laboratorio una de las propiedades mecánicas del metal que es la dureza. La dureza como tal mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro. Se han inventado una diversidad de pruebas de dureza, pero las de más común son los ensayos Brinell, Rockwell y vickers. La determinación de la Dureza, que se hace con estos métodos es generalmente ensayos de penetración, que consiste en dejar una huella en el material que se ensaya, aplicando sobre el un penetrador con una presión determinada y hallando el índice de dureza en función de la presión ejercida y la profundidad o diámetro de la huella. En el presente laboratorio nos valimos del método rockwell y vickers para hallar la dureza experimental de algunos metales.

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OBJETIVOS 

Diferenciar los tipos de ensayos de Dureza (Vickers, Rockwell, Brinell) identificando la mejor forma de determinar la dureza de un material.



Conocer y aplicar las normas que establece la Norma Técnica Peruana.



Aprender de forma práctica el proceso para determinar la dureza de un material.



Identificar a los materiales mediante su dureza y poder compararlos mediante las escalas de dureza.



Conocer y detallar los materiales empleados en el ensayo, en la medición de la dureza.

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DESCRIPCIÓN DE LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO Equipo Rockwell:  Marca: Wilson.  Se utilizó 4 probetas lisas de ½ pulgada.  Se utilizó 2 cargas: 60kg y 100 kg.  Usa 4 yunques diferentes. Tiene una pieza metálica para colocar en vertical los metales.

Fig1.Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

Fig2. Pieza metálica.

Página 5 Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

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Fig3.Durómetro digital del Instituto de Motores (FIM).

Equipo para Vickers: Microscopio

Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

 Marca: “Leitz Wezlar” Germany  Nº626449

Fig4. Microscopio Electrónico Laboratorio de ciencias de los materiales (FIM)

Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

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Fig5. Prensa manual



Materiales: Durómetro Rockwell

1. Aluminio

del Laboratorio 4 de la FIM.

2. Cobre 3. Bronce 4. Acero en baja cantidad de carbono 5. Acero en media cantidad de carbono

Fig6. Metales utilizados en la experiencia.

Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA EL MICRO DURÓMETRO VICKERS (LEITZ WETZLAR-GERMANY 626449) En el ensayo de dureza vickers, un penetrador de diamante piramidal con un ángulo de 136º entre las caras opuestas en el vértice, es presionado contra la superficie de la muestra utilizando una fuerza determinada y una vez que esta fuerza es retirada, se prosigue a medir ópticamente las diagonales de la huella dejada.

Fig7. Durómetro.

-En nuestro caso empezamos a nivelar de manera horizontal cada muestra del material que vamos a analizar, con una prensa, sobre un pedazo de vidrio y en su superficie plastilina.

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Fig8. Piezas metálicas. Fig9. Prensa manual

-Luego en el lugar correspondiente del micro durómetro procedemos a colocar

pesas de forma circular.

Fig10. Micro durómetro.

Fig10. Pesas de forma circular.

-Como se mencionó antes; se deja caer paulatinamente la pesa luego ópticamente observamos por el lente; las dimensiones de cada diagonal y con las fórmulas calculamos su dureza en este sistema.

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Mecanismo de trabajo del ensayo Vickers.

PARA EL DURÓMETRO ROCKWELL ELECTRÓNICO

Fig12. Durómetro rockwell -Con una carga total de 100kg (10kg son de la precarga) y un penetrador esférico de 1/16 avo de pulgada como diámetro para materiales duros y de 1/8avo para menos duros.

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-Ya que la carga es alta, ya no se necesita nivelar tanto la muestra, luego al colocarla en donde es correspondiente se baja una palanca y es ahí donde se va aplicando la carga paulatinamente. -Hasta que el mismo dispositivo te indica que ya bajo todo y solo se espera el resultado que se verá en una pantallita adherido al dispositivo y depende de la escala (B, H , etc…) se visualizará: HRB, HRC, etc.

Fig14. Proceso de penetración. Fig13. Pantalla digital donde se aprecia la lectura



Para el durómetro ROCKWELL ( Model 1JRO – Tester Number 7 )

Con carga total de 100kg.

Fig15. Durómetro rockwell Página 11

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-Se coloca el material a analizar en donde corresponde y girar la palanca hasta

que las dos manijas que se ven en la pantalla queden verticales y se suelta la carga mediante un mecanismo de palanca.

Fig16. Aplicación del durómetro

Fig17. Indicador.

-Cuando toda la carga haya bajado, de golpe separar el penetrador del material y ver en la pantalla cuanto ha medido en la escala roja y conforme a ello anotar el resultado.



Durómetro rockwell ( con carga total de100 kg toneladas, sin precargapenetrador esférico de 10mm de diámetro)

Fig18. Durómetro rockwell. Página 12

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-Se coloca la muestra y mediante un mecanismo de palanca, dejamos caer los 100 kg. , esperamos a que caiga todo luego retiramos el material con la huella y muy aparte con otro mecanismo medimos la huella dejada.

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TABLAS Y RESULTADOS METODO VICKERS (HV). Según: 𝐻𝑉 = 1,854

𝑃 𝑑2

P: Carga aplicada en kilogramos (Kg). d: Diagonal medidas (en mm). Con la formula anterior y los datos obtenidos en el laboratorio se elabora la siguiente tabla: Tabla n°1 MATERIAL Acero de baja dureza Acero Acero de buena dureza Cobre Bronce Aluminio

Carga(Kg) 0.1 kg 0.1 kg 0.2kg 0.1 kg 0.1 kg 0.1 kg

1°Diag. 40um 23.3um 51um 35um 43um 58um

2°Diag. 39um 21.5um 50.5um 52um 45.5um 62.5um

D. Media 39.5um 22.4um 50.75um 43.5um 44.25um 60.25um

HV 118.83 369.5 143.97 97.98 94.68 51.07

*Um: 10-3mm VENTAJAS DEL METODO VICKERS a) Las huellas vickers son comparables entre si, y las cifras de dureza obtenidas, independientes de la carga. b) Con el mismo penetrador puede medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros, llegándose hasta 1150 vickers. c) Puede medirse dureza de piezas muy delgadas empleando cargas pequeñas, hasta espesores del orden de 0,05mm. d) Como es preciso examinar la huella, puede comprobarse en cada medición el buen estado del diamante, lo que no ocurre en el rockwell, que debe examinarse el diamante de vez en cuando. Página 14

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METODO ROCKWELL (HR) El método Brinell no permite no permite medir durezas de los aceros templados porque se deforman las bolas. Para esto se emplea el método Rockwell. El método rockwell se bata también en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados; pero en lugar de determinar la dureza del material en función de la huella que deja el cuerpo penetrante, se determina en función de la profundidad de esta huella. Para este método existen veintiún escalas, para veintiún combinaciones de penetradores y cargas, para el experimento se utilizó la escala B y H.

ESCALA B

MATERIAL

Carga menor(Kg) 10

Carga mayor(Kg) 100

Tipo de penetrador

10

100

Bola de 16 "

10

100

1

Bola de 16 "

B

Acero bajo en carbono Acero medio en carbono Bronce

H

Aluminio

10

60

Bola de 8 "

H

Cobre

10

60

Bola de 8 "

B

Dureza Rockwell(HR) HRB 79.9

1

HRB 89

Bola de 16 "

1

HRB 80.3

1

HRH 94.4

1

HRH 109.9

VENTAJAS DEL METODO ROCKWEL Este método es muy rápido y preciso, pudiendo realizar el ensayo operarios no especializados. Además, las huellas son más pequeñas que en el método Brinell. Pero tiene el inconveniente de que si el material no asienta perfectamente sobre la base, las medidas resultan falseadas.

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OBSERVACIONES  Observamos que las máquinas sólo calcula las cargas verticales, pero se puede usar en cargas horizontales, con una pieza metálica.  Observamos que el óxido también influye bastante en el resultado de nuestra ensayo, así como también el de tener en cuenta que cada probeta por más de ser del mismo elemento, no tiene que tener la misma dureza, esto implica el tipo de tratamiento que se le dio a la probeta para su comercialización.

 Observamos que el resultado de nuestro ensayo depende mucho de que la probeta cumpla con las medidas necesarias para su medición.  Observamos que el error en la medición varía de acuerdo a la distancia que dejamos en cada nuevo ensayo en la misma probeta.

CONCLUSIONES: 

En el ensayo Brinell se mide la superficie de la huella, por lo que es correcto en materiales de perfil grueso donde las huellas obtenidas son nítidas y de contornos delimitados. No es fiable en materiales muy duros y de poco espesor, se cometen grandes errores en la medida cuando la deformación es pequeña. Tiene más limitaciones que los demás métodos.



En el ensayo Vickers también se mide la superficie de la huella, se puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella, los espesores de los materiales pueden ser mucho más pequeños que en los del ensayo Brinell. Los ensayos Brinell y Vickers dan resultados muy parecidos hasta un valor aproximado de 300, a partir de aquí la dureza Vickers es superior a la Brinell, puesto que la deformación de la bola falsea los resultados. Página 16

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

El ensayo Rockwell se diferencia de los anteriores en que la medida de su dureza se hace dependiendo de la profundidad de la huella y no de su superficie, es un ensayo rápido y fácil de realizar pero menos preciso que el Brinell y el Vickers. Es válido para ensayos en materiales duros y blandos.



El materia al cual se va hacer la medición de dureza debe estar previamente tratado (sus bases tiene que ser paralelas entre sí, deben de estar bien pulidas

libre

de

cualquier

fisura).

RECOMENDACIONES: 

Debemos tener cuidado en el uso o manipulación de los equipos que vamos a utilizar, preocupar no golpearlos, no ensuciarlos, no manipularlos sin saber cómo funciona.



Tratar de tener los materiales a usar lo más limpios posibles, lijados, es decir una superficie perfectamente plana.



Tener bastante cuidado a la hora de tomar las mediciones y que de ellos depende la mayor precisión de los datos.



Verificar que el penetrador este en posición perpendicular a la superficie de la probeta.



No mover el equipo de penetración a la hora de aplicada la carga.



Como regla general para el ensayo Vickers, el espesor de la probeta debe ser superior a 1.5 la diagonal de la huella.



El valor de la diagonal tomado debe ser el promedio de las dos diagonales de la huella

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BIBLIOGRAFÍA: 

Tecnologías de los Materiales Industriales. Lasheras, Esteban. Pág. 193-203



Tratamiento Térmico de los Aceros. Apraiz, J.



Técnicas de Laboratorio para pruebas de Materiales (Keyser, Carl. LimusaWiley).



Pruebas Mecánicas y Propiedades de los Metales (Zolotorevski, V. Editorial Mir).



Normas ASTM. Normas NTP

ANEXOS Tabla 3. Escala de Dureza Rockwell (APRAIZ).

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Fig19. Aplicación del ensayo Rockwell.

Fig20. Ilustración del método Rockwell.

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Fig21. Ilustración del proceso Vickers. Fig20. Ensayos de Dureza.

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CUESTIONARIO  De ejemplos de situaciones en las cuales es necesario el uso del ensayo de microdureza. o Superficies plateadas. o Revestimientos como laca, barniz o pintura. o Láminas delgadas y materiales muy delgados, hasta de 0.0001 pulg. o Para establecer los gradientes de endurecimiento. o Bimetales y materiales laminados. o Partes o áreas muy pequeñas, como engranajes de reloj, bordes de herramientas de corte, crestas de filetes en cuerdas, puntos pivote, etc. o Materiales muy frágiles o quebradizos (indentador de Knoop), como silicio, germanio, vidrio, esmalte de dientes. o Materiales opacos, claros o translúcidos. o Metales en polvo. Para investigar constituyentes individuales de un material. o Para determinar la dureza del grano o la dureza de la frontera del mismo.

 ¿Se puede medir la dureza en una superficie curva con el Método Rockwell? ¿Bajo qué condiciones es posible? Muestre un ejemplo de corrección de la Dureza Rockwell medida en una superficie curva.

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 ¿Qué condiciones debe cumplir la superficie cuando se realiza una medición de dureza Rockwell? ¿Y en el caso Vickers?

 ¿Cuál debe ser la separación entre huellas para el caso de medición de la dureza Rockwell de un material metálico de acuerdo a la Norma Técnica Peruana – NTP, y según la norma ASTM? Muchas de las consideraciones y precauciones a tener durante el ensayo son las mismas que se mencionaron para un ensayo Brinell. Así por ejemplo la cara a ensayar debe ser lisa y plana, la carga debe actuar en forma perpendicular a la probeta, la cual no debe moverse durante el ensayo. El espesor de la probeta no debe ser menor de 10 veces el incremento de penetración (10h) cuando el penetrador es el cono de diamante y 15 veces (15h) cuando el penetrador es una bolilla [5]. El ensayo debe ser descartado si la cara opuesta a la ensayada presenta una marca por pequeña que sea, ya que esto implica que el apoyo soportó parte de la carga. Cuando se ensayan piezas cilíndricas su radio de curvatura no debe ser menor de 5 mm. En general en estos cazos el valor de dureza obtenido disminuye en función del diámetro del material y la norma ASTM E18 da los valores a adicionar a los resultados obtenidos en el ensayo [1]. El valor de dureza debe resultar del promedio de por lo menos tres mediciones las que deberán efectuarse a una distancia de no menos de 3 mm.

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 ¿Cuál será la penetración de la bola cuando se tiene una dureza de 110 HR B? Según el método rockwell 𝐻𝑅𝐵 = 130 − 𝑒 Si 𝐻𝑅𝐵 = 110 Entonces 𝒆 = 20 𝑚𝑚

 ¿Qué tipo de relación existe entre el valor de la dureza de una material metálico y su resistencia mecánica?

 ¿La dureza de que materiales puede medirse con el esclerómetro Shore. Se basa en la reacción elástica del material cuando dejamos caer sobre él un material más duro. Si el material es blando absorbe la energía del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide. La práctica se realiza en un "esclerómetro" o "escleroscopio", aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm de altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamante redondeada de 2,36 g. La altura de la caída es de 254 mm y la escala está dividida en 140 divisiones. Material

Durómetro Escala

Casco duro

75

D

Goma ebonita

100

A

Rueda dura de skateboard

98

A

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Ruedas sólidas de tractor

50

D

Rueda blanda de skateboard

75

A

Parche de rueda de vehículo

70

A

Sello de puertas

55

A

Banda de goma

25

A

Sorbothane

40

OO

Sorbothane

0

A

Pegamento de bicicleta

15-30

OO

Goma de mascar

20

OO

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