Ensayo de dureza
E.Cordero,
[email protected]. Instituto Tecnológico de Costa ica .Escuela de Ciencia e Ingenier!a de los "ateriales. Curso# $a%oratorio de "ateriales II
Resumen:
El ensa&o de dure'a reali'ado en el la%oratorio fue mediante el m(todo de oc)*ell, en (l se ensa&aron varias +ro%etas de aceros segn segn ciertas normas est-ndares /T" E01, E01, E02 & E0143.E E0143.Ell +ro+ósito +ro+ósito de este art!culo es es anali'ar anali'ar & relacionar la teor!a de dure'a con la +arte e+erimental en el ensa&o oc)*ell & +oder anali'ar diferentes resultados & clasificar segn las distintas escalas +ara +oder generar com+araciones de dure'a entre materiales. Palabras Clave: propiedades mecánicas, resistencia de materiales , microdureza, escala Rockwell, Vickers, Knoop, Brinell. Abstract: teel A! was tested in t"e #aterials $n%ineerin%&s mac"ine o' "ardness t"e( w"ere measure accordin% to t"e correspondin% A)#.All data and in'ormation collection procedures were per'ormed in *)CR.
*ntroducci+n
El ensa&o de dure'a es un ti+o de ensa&o destructivo destructivo est-tico, est-tico, el cual consist consiste e en cuantif cuantificar icar la o+osició o+osición n 5ue ofrece un material a modifica modificacion ciones es &a sean de reacci reacción ón el-stica entre cuer+os al de6ar caer so%re dic7o cuer+o un metal duro, +or la resistencia 5ue o+onen los cuer+os a ser ra&ados +or otros m-s duros o tam%i(n tam% i(n la resist resistenc encia ia 5ue 5ue o+onen o+onen los cu cuer+ er+os os a de de6ar 6arse se +e +ene netra trarr +or otros m-s duros. 8s)eland , 23139.
$a elasticidad & +lasticidad de un materi mat erial al est est-n -n re relac lacion ionad ados os co con n la dure du re'a 'a,, +o +orr lo 5u 5ue e lo los s re resu sult ltad ados os o%tenidos en una +rue%a de dure'a sirv si rven en co como mo com om+a +ara rac ció ión n en entr tre e mate ma teri ria ale les s En Entr tre e lo los s en ensa sa& &os de dure du re'a 'a se en encu cuen entr tran an di dife fere rent ntes es +rue +r ue%as %as ent entre re las m-s co comun munes es se encuentran la de Brinell, oc)*ell & el :ic)er ers s, +ara est ste e in info forrme nos enfoc en focar aremo emos s so solo lo en la +r +rue ue%a %a de oc)*ell.
El m(todo de oc)*ell es el m(todo m-s sim+le & m-s comn +ara medir dure'a este utili'a una %ola de acero de un di-metro +e5ue;o si el material 7a ensa&ar es suave, si se trata de un material duro se usa un cono de diamante. /e recomienda 5ue la +ro%eta no sufra ninguna deformación al reverso de ella, & el es+esor de la muestra sea al menos 13 o 1< veces el tama;o del +enetrador de+endiendo del mismo. =n durómetro es un a+arato es+eciali'ado en la medición de la dure'a de diferentes materiales utili'ando varios +rocedimientos llamados ensa&os. El uso m-s comn del durómetro en la industria farmac(utica es la medición de la resistencia & dure'a de +astillas & c-+sulas +ara verificar 5ue +uedan resistir el +roceso de +roducción, em+a5ue, distri%ución & venta, tam%i(n +ara asegurarse de 5ue la dure'a del medicamento +ermita su desintegración dentro del cuer+o o 5ue sea f-cil de masticar.
Eisten mlti+les variantes de este ensa&o, desde el oc)*ell 7asta el > & otras m-s, con distintas com%inaciones desde donde var!a la carga, el ti+o & forma del +enetrador utili'ado segn sea el m-s adecuado .Comnmente las de ma&or em+leo son las oc)*ell B & la oc)*ell C. El ensa&o de utili'a un identador de diamante +iramidal de %ase cuadrado & con carga de 1 a
123 )g. Para indicar el nmero de dure'a o%tenido se es+ecifica con el s!m%olo ?, en las siguientes e+licaciones se muestran algunos ti+os de ensa&o de dure'a#
Ensayo Rockwell
El ensa&o oc)*ell ? se %asa en la resistencia 5ue o+onen los materiales a ser +enetrados, +ero en lugar de determinar la dure'a del material en función de la su+erficie de la 7uella 5ue de6a el cuer+o +enetrante, se determina en función de la +rofundidad de (sta 7uella. El nmero de dure'a encontrado es una función del grado de +enetración de la +ie'a de ensa&o +or la acción de un +enetrador %a6o una carga el-stica dada. ifiere del ensa&o Brinell en 5ue las cargas son menores & los +enetradores m-s +e5ue;os +or lo 5ue la 7uella ser- menor & menos +rofunda.
Figura 1 Esquema de un ensayo Rockwell con cono.
$a carga inicial a+licada, en todos los casos, +osee un valor de 13 )g & otra adicional de <3, A3, 3 o 143 )g de acuerdo al material a ensa&ar. Con relación a los identadores +ueden ser %olitas de acero o un cono de diamante cu&a +unta tiene un radio de 3.2 mm & un -ngulo de 123.
Ensayo Vickers (HV)
Este es un ensa&o de microdure'a &a 5ue el durómetro est- incor+orado en un microsco+io, +osee un identador con forma +iramidal cuadrangular . $as cargas m-s im+ortantes en este ensa&o son +e5ue;as & se miden generalmente en gramos, este m(todo +ermite medir la dure'a de +ractimente de todos los materiales met-licos inde+endientemente de su es+esor. Para determinar la dure'a se 7alla un +romedio de las diagonales & se a+lica la formula , una de las venta6as m-s im+ortante de este ensa&o son las 7uellas com+ara%les inde+endientemente de la carga, +ermiten medir una am+lia gama de materiales.
com+rimir una %ola de acero tem+lado, de un di-metro determinado, so%re un material a ensa&ar, +or medio de una carga & durante un tiem+o tam%i(n conocido.
Figura 3 Esquema de un ensayo de dureza Brinell.
$a determinación de la dure'a se +uede 7acer de dos maneras atraves de sensores el(ctricos 5ue miden la +rofundidad de +enetración 7, o %ien mediante la determinación de las mediciones de la 7uella atraves de un microsco+io.
Ensayo Knoop
(HK)
El ensa&o de >noo+ es un ensa&o de microdure'a +ara determinar la dure'a mec-nica es+ecialmente de materiales mu& delgados o laminas delgadas, se em+lea un +enetrador de diamante +iramidal de %ase róm%ica de geometr!a
Figura 2 Esquema de un ensayo de dureza Vickers.
Dureza Brinell
Consiste en una +rensa la cual a+lica una +resión 8P9 corres+ondiente +ara
Figura 4 Identador noo! y !rinci!ales dimensiones de la "uella.
Figura 6 Patrones de calibración
$a dure'a se determina mediante cociente de la carga a+licada & -rea de la 7uella +ro&ectada so%re su+erficie 5ue es ensa&ada & en 5ue no de%e tenerse en cuenta recu+eración el-stica del material .
Proceso de ensa(o
#ateriales ( #todos • •
urómetro Patrones de cali%ración
el el la la la
Primero se colocaron los identadores en el e5ui+o de dure'a en el se +ueden o%tener varias dure'as en diferentes escalas las mas usadas en el e5ui+o son las escalas oc)*ell & C la cual es la ma&or usada & una carga de 1<3 )g. Primero se reali'a una estandari'ación con un +atrón luego se de6an 2 mm entre la muestra & el identador +ara +roceder a reali'ar lecturas.
$uego se midieron las muestras las cuales fueron un acero 2 el cual es un acero de grado 7erramienta +rimero se determinó sin tratamiento t(rmico asi como tam%i(n con tratamiento t(rmico o endurecido.
Resultados ( Análisis Figura # dur$metro
$os resultados o%tenidos en la reali'ación de la +rue%a con el acero 2 donde la muestra 1 es el acero sin tratar t(rmicamente & la muestra 2 es el acero endurecido & con tratamiento medidos en escala oc)*ell C.
Cuadro 1. esultados de ensa&os de dure'a en cero 2
/i en un caso 7i+ot(tico no se conoce la naturale'a del acero & se ocu+a medir su dure'a +rimero se de%e em+e'ar a medir +or la escala C +ara ver si este acero es tratado o no t(rmicamente
e los resultados anteriores se o%serva 5ue al com+arar los valores de dure'a del a2 con tratamiento & tem+lado al aire con los de fic7a t(cnica de este mismo se o%tuvo un resultado mu& similar el cual tiene un rango oc)*ell C de <0A2, adem-s se o%serva 5uel acero sin tratamiento tuvo 5ue ser con la escala roc)*ell B +or5ue un acero no +uede ser medido con la escala +or5ue esta solo mide materiales cer-micos o a5uellas 5ue tienen una alta resistencia a la com+resión & se +uede o%servar 5ue el acero tienen una dure'a intermedia si se com+ara con un material cer-mico 5ue +oseen alta dure'a. $a escala C es +ara aceros tratados t(rmicamente & se utili'ó un +atrón +ara estandari'ar los ensa&os.
lgunos resultados e+resados del cuadro 1 en diferentes escalas se encuentran en el cuadro 2 donde se +uede o%servar la dure'a de la muestra 2 & el +atrón en escala "o7s, :ic)ers
Cuadro 2. esultados en diferentes escalas
Conclusiones •
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En esta +r-ctica se conclu&e 5ue el di-metro de la 7uella 7ec7a +or el %al!n de+ende de la dure'a del material, es decir a ma&or di-metro de la 7uella la dure'a es menor & a menor di-metro de la 7uella la dure'a es ma&or, lo cual 5ueda am+liamente demostrado con los ensa&os reali'ados en esta +r-ctica.
Dtra de las conclusiones fue de 5ue el tiem+o & la carga de a+licación influ&en en el di-metro de la 7uella, +or eso es necesario contar con una ta%la de datos +ara el ti+o de material a utili'ar.
si mismo se determinó una dure'a ma&or en el acero con tratamiento t(rmico 2 5ue el 5ue no se sometió a tratamiento t(rmico.
Biblio%ra'-a
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Cuestionario
JCu-l es la diferencia fundamental entre el ensa&o de dure'a Brinell & el oc)*ellK El ensa&o de dure'a oc)*ell 8?, ?ardness oc)*ell9 es m-s eacto, 5ue se %asa en la medición de la +enetración de un identador, cali%rado +ara la a+licación, con una carga igualmente cali%rada +ara el ti+o de material, en la su+erficie del material a +ro%ar, tomando en cuenta adem-s la recu+eración del material. L!sicamente, la medición de dure'a oc)*ell es una medición de la +rofundidad de +enetración del identador menos la recu+eración del material, +or eso el valor de dure'a oc)*ell se mide una ve' retirada la carga del identador. En ensa&o de dure'a Brinell 8B?, Brinell ?ardness um%er9 es m-s r-+ido, +ero tam%i(n es muc7o menos +reciso. /e %asa en las dimensiones de la 7uella 5ue de6a un identador 8normalmente de %ola, +or lo 5ue la dimensión a medir es un di-metro9 en la su+erficie del material, tras la a+licación de una carga. JEn 5ue casos seria recomenda%le usar la escala oc)*ell , B,C o 4<K
$a escala se de%e utili'ar +ara materiales con dure'as altas como cer-micos, la escala B +ara aceros sin tratamiento t(rmico , la escala C +ara
aceros endurecidos tratamientos t(rmicos
&
con
JEs correcto afirmar 5ue los materiales met-licos una elevada dure'a es +ro+orcional auna alta fragilidadK
$os materiales met-licos son dctiles & la fragilidad est- relacionada con la ca+acidad de un material de fracturarse con escasa deformación, & los metales tienen deformaciones +l-sticas tras su+erar el l!mite el-stico +or esta ra'ón si eiste una relación de dure'a & alta fragilidad.
JComo +uede identificarse 5ue esta fuera de la escala 8,B o C 9cuando se utili'a el m(todo oc)*ellK /e +uede identificar 5ue se esta fuera deuna escala ,B o C cuando los valores o%tenidos est-n fuera del rango solicitado o re+ortado en ta%las .
JCu-l m(todo & escala seria a+ro+iada +ara medir la dure'a de una l-mina de acero al car%ono de 3,2< mm de es+esor laminada en calienteK
$a lamina a ensa&ar & determinar su dure'a es mu& +e5ue;a en es+esor & se tendr- 5 cuidar 5 no se rom+a con los identadores +or lo cual lo mas conveniente ser- reali'ar un ensa&o
de microdure'a como el ensa&o :ic)ers & se em+lear!a una escala su+erior a <33 ?B.
