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1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN:: ENSAYO DE DUREZA BRINELL Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un mate materi rial al media ediant ntee el métod étodo o
de
inden dentación ción,,
midie diendo ndo
la
penetración de un objeto en el material a estudiar.
F ue
propuesto
ingeniero sueco Johan
po r
el
August
Brinell en Brinell en 19 19,, junt junto o a su a!ud a!udaante nte el "duro" #artin #arcaida, siendo el método de dureza m$s antiguo. %ste ensa!o se utiliza en materiales blandos &de baja baja dureza dureza'' ! mu muest estras ras delga delgada das. s. %l indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de di(erentes di$metros. )ara los materiales materiales m$s duros se usan bolas de carburo de tungsteno. tungsteno. %n el ensa!o t*pico se suele utilizar una bola de acero de 1 a 1+ mil*metros de di$metro, con una (uerza de . -ilopondios -ilopondios.. %l alor medido es el di$metro del cas/uete en la super(icie del material. 0as medidas de dureza Brinell son mu! sensibles al estado de preparación de la super(icie, pero a cambio resulta en un proceso barato, ! la desentaja del tamao de su huella se conierte en una entaja para la medición de materiales heterogéneos, como la (undición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las (undiciones. 0a carga a utilizar en el ensa!o se puede obtener con la siguiente e2presión3
ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL 0a dureza 4oc-5ell o ensa!o de dureza 4oc-5ell es un método para determinar la dureza dureza,, es decir, la resistencia de un material material a ser penetrado. %l ensa!o de dureza 4oc-5ell constitu!e el método m$s usado para medir la dureza debido a /ue es mu! simple simple de llear llear a cabo ! no re/uiere re/uiere conocimie conocimientos ntos especiale especiales. s. Se pueden utilizar di(erentes escalas /ue proienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores ! cargas, lo cual permite ensa!ar pr$cticamente
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cual/uier metal o aleación. 6a! dos tipos de penetradores3 unas bolas es(éricas de acero endurecido &templado ! pulido' de
1718,
17,
: !
; pulg, !
penetrador cónico de diamante con $ngulo
de
1+<
=7>
?
!
un un
értice
redondeado (ormando un cas/uete es(érico de radio ,+ mm &Brale', el cual se utiliza para los materiales m$s duros. %l ensa!o consiste en disponer un material con una super(icie plana en la base de la m$/uina. Se le aplica una precarga menor de 1 -g, b$sicamente para eliminar la de(ormación el$stica ! obtener un resultado mucho m$s preciso. 0uego se le aplica durante unos 1@ segundos un es(uerzo /ue ar*a desde 8 a 1@ -g( a compresión. Se desaplica la carga ! mediante un durómetro 4oc-5ell se obtiene el alor de la dureza directamente en la pantalla, el cual ar*a de (orma proporcional con el tipo de material /ue se utilice. ambién se puede encontrar la pro(undidad de la penetración con los alores obtenidos del durómetro si se conoce el material. )ara no cometer errores mu! grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser al menos diez eces la pro(undidad de la huella. ambién decir /ue los alores por debajo de + ! por encima de 1 normalmente son mu! imprecisos ! deber*a hacerse un cambio de escala.
ESCAL
CARGA
PENETRADO
MATERIALES TIPICOS
A A
(kg)
R
PROBADOS
B
8
ono de
#ateriales duros en e2tremo, carburos
1
diamante Bola de 1718"
de 5ol(ramio, etc. #ateriales de dureza media, aceros al carbono bajos ! medios, latón, bronce,
C D E
1@
ono de
etc Aceros endurecidos, aleaciones
1
diamante ono de
endurecidas ! reenidas. Acero super(icialmente cementado.
1
diamante Bola de 17"
6ierro (undido, aleaciones de aluminio
3
F G H K L
8 1@ 8 1@ 8
Bola de 1718" Bola de 1718" Bola de 17" Bola de 17" Bola de 17C"
! magnesio. Bronce ! cobre recocidos. obre al berilio, bronce (os(oroso, etc. )laca de aluminio. 6ierro (undido, aleaciones de aluminio. )l$sticos ! metales suaes, como el plomo.
•
E!"#" $% $&'%" R!k*%## S&+%',-!-"# 0as durezas 4oc-5ell ! 4oc-5ell Super(icial ienen dadas por la siguiente (órmula3
Dónde3 es la carga aplicada en -g es el identi(icador del ensa!o 4oc-5ell a a continuación de
! es la letra correspondiente a la %scala usada
En ejemplo para un material /ue se le ha aplicado un es(uerzo de 8 -g ! se ha usado la escala B ser*a3 #4
G para un material super(icial /ue se le ha aplicado un es(uerzo de -g con bola de 17 pulgadas3
. OB/ETI0OS: O2%3-4 G%5%'"#:
4
•
Determinar la dureza /ue poseen el acero estructural ! la madera mediante ensa!os de dureza Brinell ! de dureza 4oc-5ell, as* como también determinar la cantidad de energ*a re/uerida para romper una muestra de
•
acero mediante la m$/uina de impacto harp! onocer el comportamiento del material después de aplicar cargas sobre el mismo.
O2%3-4 E+%!6,-!: •
Determinar las propiedades mec$nicas del material después de realizar los
•
di(erentes ensa!os nterpretar los resultados obtenidos ! cali(icar al material de acuerdo a sus
•
caracter*sticas. Aprender a realizar el ensa!o de impacto ! dureza en probetas de acero !
•
una moneda de H.@ Determinar el comportamiento del material al ariar su temperatura, ! su energ*a necesaria para romper a dicho material.
7. MATERIALES Y E8UIPOS: E9&-+: E8UIPOS
#$/uina Eniersal de on &A I 1 -g'
#icroscopio &A I ,1 mm'
5
ronometro &A I ,1seg'
#$/uina de mpacto harp!
#$/uina de dureza 4oc-5ell
ermómetro & A ± 1 ℃ '
MATERIALES
6
#uestra de acero estructural grado C
#adera tipo laurel
#uestra de acero para ensa!o de impacto
. PROCEDIMIENTO: .1 E5"; $% $&'%" B'-5%## @. Se procede a determinar la estructura de los materiales obser$ndolos cuidadosamente, /ue no estén en mal estado si es posible eri(icar su (echa de elaboración como de caducidad 8. )rocedemos a instalar los di(erentes soportes en la ma/uina uniersal. . )rocedemos a realizar el ensa!o en cada una de las probetas de madera ! de metal. . olocamos la probeta correspondiente siempre ! cuando !a ha!amos tomado el di$metro de la es(era /ue se incrustara en la probeta a e2perimentar registramos los alores. 9. Aplicamos una carga promedio de 1@1@-g por un lapso de tiempo de 8s. 1. 4etiramos la probeta ! procedemos a medir el di$metro horizontal ! ertical en el caso de la placa met$lica ! la moneda, utilizaremos un alor promedio para el c$lculo del nKmero de Brinell. 11. )ara el ensa!o de Brinell en madera el alor de la dureza /ue presenta el material ser$ el de la carga necesaria para introducir media es(era en la
7
probeta, ensa!aremos3 )aralelo, angencial ! 4adial a las (ibras el caso es el mismo para las tres e2periencias 1+. Se procede a registrar ! eri(icar los alores tanto de di$metros como de cargas. 1. Gbseraremos como la es(era dejo una marca en las probetas. 1C. Leri(icamos los datos obtenidos.
. E5"; $% $&'%" '!k*%## +. Determina la capacidad, apreciación de cada e/uipo a utilizar . Se procede a determinar la estructura de los materiales obser$ndolos cuidadosamente, /ue no estén en mal estado si es posible eri(icar su (echa de elaboración como de caducidad C. Esaremos la tabla de alores para la escala del material la cual indica el di$metro de la punta es(érica /ue debe usarse. @. olocamos el metal intermedio ! procedemos a realizar la e2periencia, retiramos la probeta ! obseramos la marca dejada por la punta. 8. olocamos la moneda ! procedemos a colocar la punta sobre la misma, la ma/uina nos proporcionara el alor del nKmero de 4oc-5ell por lo /ue no tendremos ningKn calculo. . Leri(icamos los datos ! los registramos en la tabla
.7 E5"; $% -<+"!3 C="'+;: +. Determina la capacidad, apreciación de cada e/uipo a utilizar . )ara este ensa!o se realizar$ con probetas a di(erente temperaturas C. olocaremos las probetas sometidas a altas ! bajas temperaturas por lo /ue se raliza el calentamiento con a!uda de un soplete ! con arena caliente, para en(riarlas usaremos hielo ! una mezcla de acetona ! hielo seco obteniendo as* temperaturas bajo cero @. )rocederemos a ensa!ar cada una de las probetas midiendo sus temperaturas ! registr$ndolas 8. olocaremos la probeta en la m$/uina de impacto con la ranura hacia el interior de la ma/uina realizando as* un buen ensa!o. . 4epetiremos esto para cada una de las probetas, . Leri(icamos los resultados obtenidos 9. )ara algunas probetas se realizaron dos ! tres e2periencias para obtener un promedio ! de esta (orma tener alores reales.
>. TABLAS Y DATOS: T"#" 1: B'-5%## A!%'
8
ipo de #aterial
arga
iempo de
Di$metro
Di$metro
Di$metro
Mumero
)
Aplicación
%s(era
d
)romedio
de Brinell
-g
seg
D mm
mm
d mm
-g7mm+
)laca de acero grado
8
1
@.
C.9@
[email protected]
C
8
1
C.9
#oneda de @ ct
8
1
@.@
@.@@
1C8
8
1
@.8
T"#" : B'-5%## M"$%'" ipo de %nasa!o
arga
1
arga +
arga )romedio
) &-g'
) &-g'
) &-g'
M.D.B
M.D.B
M.D.B
)aralelo a las (ibras
C
@
C@
angencial a las (ibras
9
@
CC@
4adial a las (ibras
9
@
T"#" 7: R!k*%## ipo de #aterial
)laca de acero grado C
%scala
Di$metro de la
Mumero de
es(era
4oc-5ell
pulg 1718
64B
B
T"#" : C="'+; emperatura
enacidad
N
Og>m
11.
18
11.
+
1+.1
1+.+
+
11
9
Energía disipada del material - Temperatura 20
ENERGIA ABSOUTA !g-m
10 0 0 100 200 300
TEMPERATURA °C
?.
D-"g'"<": E5%'g6"
$--+"$" $%# <"3%'-"# @ T%<+%'"3&'" . CLCULOS TPICOS: Tabla Nº 1“Dureza Brinell Acero”
D-<%3' P'<%$-: d=
d=
D 1+ D 2 2
( 5 + 4.9 ) mm 2
$ .> << '%": D − √ D − d πD AP ¿ 2
2
'
2
− √ 10 − 4.95 π ( 10) ' ¿ 2
10
AP
2
2
2
A P +.@9
mm
N&<%' D% B'-5%##: N OB= P / A
N OB=3000 kgf / 20.59 mm
2
10
2
N OB=145 , 67 kgf / mm
Tabla Nº 2“Dureza Brinell Madera”
C"'g" P'<%$-: P=
d=
p 1 + p 2 2
( 400 + 500 ) mm 2
P > kg
. CONCLUSIONES •
%n el %nsa!o de Brinell la probeta de acero es m$s resistente /ue el de la madera en sus tres posiciones, con -g ! C-g correspondientemente !a /ue este Kltimo es mu! (r$gil, puesto /ue se le aplica una (uerza in(erior esta tiende a ser penetrada mucho
•
m$s /ue el acero. %l ensa!o 4oc-5ell di(iere del ensa!o Brinell en /ue los penetradores ! la carga son menores por /ue en la pr$ctica tiene ma!or utilidad !a /ue destru!en menos la
•
probeta. )ara el ensa!o de impacto la energ*a disipada a di(erentes temperaturas (ue de3 +QP11 Og>mR Q P1+.+ Og>mR +Q P1+.1 Og>mR 18 Q P11. Og>mR Q P 11. Og>m. De a/u* podemos concluir /ue al realizar las e2periencias a temperaturas distintas pr$cticamente no cambia, e2cepto por las temperaturas de + Q ! Q /ue indican no disipar mucha energ*a lo /ue /uiere decir /ue el material se hace m$s dKctil
•
o m$s (r$gil respectiamente. %l nKmero de 4oc-5ell obtenido (ueron de 64B, realizando la respectia conersión a escala de Brinell, se obsera un alor mu! parecido, el error se debe a apreciación del instrumento, por los tanto si no se usa la escala correcta el alor obtenido ser$ erróneo completamente.
11
0a gra(ica nos indica la tendencia /ue muestran los materiales al aumentar su
•
temperatura disminuida de manera poco signi(icatia, es por esto /ue podemos decir •
/ue la energ*a disipada promedio es de3 %dpP11. Og>m 0os ensa!os de ésta pr$ctica resultaron ser m$s r$pidos ! sencillos /ue otros ensa!os hechos, esto se debe a /ue el procedimiento para dicha pr$ctica resultó ser
•
sencillo ! no se necesitó realizarlo arias eces. )ara el ensa!o de dureza Brinell &madera' se obtuo3 B )araleloPC@ Og7mm+R B angencialPCC@ Og7mm+R B 4adialP @ Og7mm+. )ara la madera el nKmero de Brinell es igual a la carga aplicada al material hasta /ue penetre el radio completo de la es(era utilizada, por lo tanto, la posición de las (ibras muestra una di(erencia superior al
•
estar tangencial a la carga. )ara la dureza en el ensa!o de Brinell &acero'se obtuo
[email protected]Og7mm+R B+P1C8Og7mm+. %sta di(erencia indica la poca resistencia / opone a la abolladura la moneda a comparación con el acero intermedio, la es(era usada deja una huella cu!a super(icie tiene una relación bien de(inida con la carga aplicada tanto sobre la placa como la moneda.
. RECOMENDACIONES •
ener mu! en cuenta las unidades de medida /ue se utilizan en el ensa!o para no
•
tener con(usión al momento de realizar los c$lculos. %scuchar con atención los consejos, instrucciones ! sugerencias del a!udante de
•
ensa!o para no tener inconenientes al momento de realizar la pr$ctica. %scuchar con atención las lecturas /ue da el a!udante para realizar la pr$ctica de
•
la mejor manera ! no tener inconeniente alguno. Al momento de ensa!ar el material tener cuidado ! estar atento al momento de realizar las di(erentes lecturas !a sea de peso o de(ormación de cada uno de los
•
materiales. omprometerse (irmemente el grupo al /ue le tocó llear algKn material necesario para la pr$ctica &en este caso hielo seco'R !a /ue al no llear el material pedido todos
•
hemos perdido puntos en la pr$ctica. lo cual puede ser mu! perjudicial. Ser*a Ktil colaborar todos los compaeros estudiantes en la pr$ctica, para /ue sea m$s interesante ! adem$s para poder aprender nueos conocimientos.
1. BIBLIOGRAFA Conceptodefinicion. Dureza e impacto. &1 de enero de +1@'. Gbtenido de
http377conceptode(inicion.de7dureza7
12
Oirnoso. &+1'. Ecured.cu. Gbtenido de https377555.ecured.cu7%nsa!oTaTlaTdurezaTBrinell Upv.es . &+9'. Gbtenido de https377555.up.es7materiales7Fcm7Fcm+7ptrb+T+T8.html Wordreference. &+'. Gbtenido de http377555.5ordre(erence.com7de(inicion7impacto
ANEOS: 1. DUREZA BRINELL A53% $%# E5";"$
2.
D&'"53% %# E5";
D%+&J $%# E5";
DUREZA ROCKWELL
A53% $%# E5";"$
D&'"53% %# E5";
D%+&J $%# E5";
13
3. IMPACTO CHAP!
A53% $%# E5";"$
D&'"53% %# E5";
D%+&J $%# E5";
14
CONSULTA: DUREZA EN MADERA ENSAYO /ANKA Se denomina Jan-a a la escala utilizada para medir la dureza de las maderas. %s la medida
de
la
(uerza
necesaria
para
incrustar
una
pelota
de
,CCC pulgadas de acero a la mitad de su di$metro dentro de la madera. %s el est$ndar utilizado en la industria para comparar di(erentes maderas ! su
15
resistencia al uso cotidiano, como en el caso de los pisos ! dem$s materiales de construcción. %ste método, /ue deja una huella en la madera ensa!ada, (ue desarrollado por un dendrólogo austriaco, Uabriel Jan-a &18C>19+', al inicio del siglo VV. 0as muestras originales en /ue hizo sus pruebas se conseran en la 2iloteca del museo de inestigación (orestal de Liena. %l método Jan-a es un ensa!o modi(icado del ensa!o Brinell, en el /ue la dureza iene e2presada en -p7mm+ de carga necesaria para hacer penetrar completamente en la madera una semies(era de acero cu!a sección diametral tiene una super(icie de 1 cm+. 0a interpretación /ue se puede hacer de estas escalas es la siguiente3
C"#-,-!"!-5 #u! Blanda Blanda Semidura Dura #u! Dura
D&'%" B'-5%## (k+<<)
D&'%" /"5k" (k+<<)
W1 1>+ +>C C> X
Bibliogra(ia3 #AD%4AS, %. %. MFG4#%. %nsa!os en #aderas. )ropiedades mec$nicas.
W1@ 1@>@ @>8@ 8@>9 X9
