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Identificación de materiales de ensayo Y Ensayos de dureza y microdureza

Kímberly De León Blanco Profesor(a): Lilia Olaya Luengas Metalurgia Mecánica- Grupo (C)

Universidad Industrial de Santander Facultad Fisicoquímicas Escuela de Ingeniería Metalúrgica y ciencia de Materiales Bucaramanga 2020 1

 

 

Identificación de materiales de ensayo y Ensayos de dureza y microdureza

Resumen Mediante el análisis de documentos, libros, páginas web y guías proporcionadas por la docente, se hizo un exhaustivo estudio e inspección de distintas aleaciones, especialmente las de hierro carbono, así como también, de Aluminio; dichos estudios constaron del reconocimiento de ciertas  propiedades mecánicas, composiciones químicas y los microconstituyentes.

Palabras claves Dureza, aleaciones, microconstituyentes, escala, resistencia mecánica, metales, aceros al carbono, ensayos de dureza, durómetro.

Objetivos 1.  1.1 Determinar el tipo de material y su estado de materiales ferrosos y no ferrosos que serán evaluados en los ensayos mecánicos. 1.2 Reconocer los microconstituyentes de las aleaciones metálica y su composición. 1.3 Relacionar las medidas de dureza con la microestructura correspondiente a partir de fuentes bibliográficas. 2.  2.1 Evaluar y comparar las durezas y las microdurezas obtenidas de los microconstituyentes dentro de un mismo material. 2.2 Destacar la importancia del ensayo de dureza como procedimiento simple, económico y no destructivo para obtener una estimación de la resistencia mecánica de los materiales.

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Marco teórico

Acero al Carbono Cuando el hierro está aleado con el carbono se le llama acero al carbono, aunque el principal componente es el carbono también se encuentra aleado con otros elementos como el hierro y el manganeso, la proporción de carbono son los que determinan sus propiedades, también es conocido como acero maleable, esto quiere decir que es flexible y puede tomar cualquier forma.

Aceros de bajo porcentaje de carbono  (contiene menos del 0.3 % de carbono). Tienen mayor resistencia y dureza lo cual disminuye la  posibilidad de que se deformen.

Aceros con medio porcentaje de carbono  (contiene entre 0.3 y 0.5 % de carbono). Por lo general necesitan de un tratamiento térmico para endurecer.

Aceros con alto porcentaje de carbono  (contiene más de 0.5% de carbono). Por lo regular se utilizan en aplicaciones donde es necesario aumentar la resistencia al desgaste y altas durezas, mismas que no pueden obtenerse con aceros de menor cantidad de carbono.

Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de los metales son las características inherentes (propias de cada metal), que permiten diferenciar un metal de otro. Desde el punto de vista del comportamiento mecánico de los metales en ingeniería, también hay que tener en cuenta el comportamiento que  puede tener un metal en los diferentes procesos de mecanizados que pueda tener. Podemos distinguir las siguientes propiedades mecánicas de los metales: • Dureza.  • Tenacidad.  Tenacidad.  • Fragilidad.  Fragilidad.  • Acritud.  Acritud.  • Resistencia.  Resistencia.  • Resiliencia.  Resiliencia.  3

 

 

• Fatiga.  Fatiga.  • Elasticidad.  Elasticidad.  • Plasticidad.  Plasticidad. 

Dureza La dureza es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal  bajo la acción directa de una carga determinada. Es decir, la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado o penetrado por un cuerpo más duro. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, con el objetivo de dejar una huella que depende de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell, Vickers, entre otros.

Ensayo de dureza Brinell (HB) Es un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, llamada durómetro, se fuerza una bola fabricada de un acero templado extraduro de un diámetro (D) determinado y bajo unas condiciones específicas, contra la superficie del material que se quiere calcular su dureza, mediante la aplicación de una fuerza (P) durante un tiempo (t) dado. La dureza Brinell (HB) viene definida entonces por la siguiente expresión:

HB = P / S

siendo (S) la superficie de la huella que queda sobre la probeta del material ensayado, que suele resultar con forma de casquete esférico, como se ha dicho. La fuerza (P) de la expresión anterior se expresa en kp (kilopondios) y la superficie de la huella (S) en mm2.

Ensayo de dureza Vickers (HV) El ensayo Vickers se recomienda especialmente para determinar la dureza de materiales muy duros, con valores de dureza superiores a 500 HB. Para materiales con una dureza inferior, se recomienda emplear el ensayo de dureza Brinell. 4

 

 

En todo caso, el ensayo Vickers se considera una mejora del ensayo de dureza Brinell, en tanto en cuanto permite ensayar materiales con superficies no planas, con espesores más pequeños, además de permitir la medida de todo tipo de dureza. HV = P / S = 1,854·P / d 2

siendo,

P la carga aplicada en el ensayo ensayo (Kp) (Kp)

S es la superficie superficie de la huella (mm2)

d es el valor promedio de la diagonal de la la huella impresa en la probeta (mm).

Ensayo de dureza Rockwell (HR) La dureza se obtiene por medición directa y es un modelo de ensayo apto para ser empleado en todo tipo de materiales. Este método de cálculo de la dureza se basa también en la medición de la profundidad de  penetración de una determinada herramienta (indentador) en el material bajo la acción de una carga prefijada. Se suele considerar también un ensayo no destructivo, por el pequeño tamaño de la huella que deja sobre la superficie del material ensayado.

El número de la dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas.

Relación del valor de dureza con la resistencia la tracción La resistencia a la tracción de un acero puede obtenerse, de una manera aproximada, multiplicando el número Brinell por un factor que varía según el material. Esta fórmula es válida sólo para durezas hasta 400 Brinell. Resistencia, σe = HB · Factor  

NORMAS 5

 

 

 

•

ASTM E384 Método de prueba estándar para microindentación dureza de materiales.

 

•

ASTM E140

Tablas de conversión de dureza estándar para metales: brinell, vickers, rockwell, superficial, Knoop, Leeb.

 

•

ASTM E18 Métodos de prueba estándar para la dureza de Rockwell de materiales metálicos.

1.1 Desarrollo de actividades Parte 1. A continuación, en la siguiente tabla se presentan las muestras tomadas en un laboratorio y su análisis respectivo.

Material de Ensayo

Composición

Propiedades

Microconstituyentes

0.2 Carbón

Blando

-Ferrita proeutectoide

0.18