UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Laboratorio de Ciencia De Los Materiales
INFORME Nº 1
ENSAYOS DE DUREZA
Curso: Ciencia De Los Materiales 1 // MC114-A
Profesor: Ing. SAMPEN LUIS ALBERTO ALBERTO
ENSAYO DE DUREZA Laboratorio de Ciencia de los Materiales
ÍNDICE ÍNDICE .................................................................................................................................. 2 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 3 FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................................... 4 DUREZA ROCKWELL ....................................................................................................... 4 DUREZA BRINELL............................................................................................................. 5 RESULTADOS DEL LABORATORIO .................................................................................... 6 ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL: ................................................................................. 6 ENSAYO DE DUREZA BRINELL: ...................................................................................... 8 DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO ............................................................................... 7 Metodo ROCKWELL: ......................................................................................................... 7 Método BRINELL: .............................................................................................................. 8 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 8 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 11
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OBJETIVOS
Diferenciar los tipos de ensayos de Dureza.
Determinar dureza de Rockwell en piezas de diferente material usando en forma correcta
los dos tipos de penetradores, seleccionando y aplicando
correctamente las cargas de ensayo y las escalas de lectura.
Aprender de forma práctica el proceso para determinar la dureza de un material.
Comparar los métodos de medición de la dureza (Brinell y Rockwell).
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FUNDAMENTO TEÓRICO Ensayo de Dureza: Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial del material de resistir a la deformación elástica, plástica o a la destrucción en presencia de acciones de contacto locales inferidas por otro material más duro. A continuación pasaremos a definir algunos principales métodos para medir la dureza de un material:
DUREZA ROCKWELL: La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado.El ensayo Rockwell se basa, como el Brinell, en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo mas duro, pero se diferencia. En el ensayo Rockwell actúan dos fuerzas diferentes. Primero se aplica una fuerza pequeña de 10 kg y luego actúa otra fuerza mayor.El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kg a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla. Escalas de dureza Rockwell Penetrador
Carga mayor (kg)
Material
A
Diamante
60
B
Esfera de 1/16 pulgada
100
Materiales duros en extremo, carburos de wolframio, etc Materiales de dureza media, aceros al carbono bajos y medios, latón, bronce, etc.
C
Diamante
150
Aceros endurecidos, aleaciones endurecidas y revenidas.
D
Diamante
100
Acero superficialmente cementado
E
Esfera de 1/8 pulgada
100
Hierro fundido, aleaciones de aluminio y magnesio.
F
Esfera de 1/16 pulgada Esfera de 1/16 pulgada Esfera de 1/8 pulgada Esfera de 1/8 pulgada
60
Bronce y cobre recocidos.
150
Cobre al berilio, bronce fosforoso, etc.
60
Placa de aluminio.
150
Hierro fundido, aleaciones de aluminio.
Escala
G H K
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DUREZA BRINELL Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. El ensayo consiste en comprimir sobre la superficie del metal, una bola de acero de 10 mm de diámetro con una carga de 3000 kg. En los materiales blandos, se reduce la carga a 500 kg. En metales muy duros se emplea una bola de carburo de wolframio La carga se aplica por un periodo de tiempo normalizado, generalmente de 30 seg, luego se mide la huella con un microscopio. Se obtendrá un diámetro promedio de la huella dejada por el indentador, un diámetro, se gira 90 y se mide otro diámetro entonces: Donde para determinar el diámetro de la huella:
= + Fórmula aplicada
Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:
2(−√ − )
Dónde: F : carga aplicada en kg D : diámetro del penetrador en mm Di : diámetro de la impresión en mm
En el ensayo de dureza de Brinell la relación que debe de existir entre el diámetro del indentador (D) y el diámetro (d) deberá ser:
0.24 < < 0.6
También se cumple la relación : Q =
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RESULTADOS DEL LABORATORIO ENSAYO DE DUREZA (ROCKWELL): Material
Escala
Carga (Kg)
1° Dureza
2° Dureza
3° Dureza
Promedio
Hierro
E
100
45.9
45.7
45.8
45.8
Cobre
E
100
84.4
85.1
85.1
84.8
Latón (Cu+Zn)
E
100
87.7
87.2
86.7
87.2
Bronce
B
100
67.6
65.9
66.4
66.6
Latón (Cu+Zn)
B
100
55.8
47.6
51.2
51.5
Cobre
B
100
35.5
35.7
36.7
35.9
Acero Blando SAE 1010
B
100
73.5
72
71.2
72.2
AISI DIN D3X210 Cr 12
B
100
85.7
88.3
88.4
87.4
AISI 1045
B
100
84.5
84.6
85
84.7
AISI 4140
C
150
32.9
32.3
31
32
HS5 Acero de corte, acero súper rápido
C
150
58.8
59.1
59.5
59.1
Equipo Rockwell:
Se utilizó 11 probetas lisas
Se utilizó 2 cargas: 100kg y 150kg.
Figura 1. Durómetro Rockwell del Laboratorio 4 de la FIM.
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.
DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO 1. Para realizar el ensayo de Dureza Rockwell primero debemos verificar que el equipo se encuentre en las condiciones apropiadas. Las cuales son que el dispositivo con el que se ejercen los esfuerzos debe permitir la aplicación de la carga inicial, la sobrecarga y el retiro de esta última en forma lenta y uniforme, sin vibraciones ni choques. 2. Una vez verificada la conformidad del equipo procedemos a colocar la probeta en una superficie plana y rígida a fin de que apoye perfectamente y no sufra desplazamiento durante el ensayo. Las superficies en contacto deben estar limpias y exentas de materias extrañas. 3. El penetrador debe ponerse en contacto con la superficie del espécimen perpendicular a él. Posteriormente, sin choque y con sumo cuidado se debe aplicar la carga inicial de P 10 Kg, que produce una penetración inicial h. Alcanzada esta carga se ajusta el aparato haciendo coincidir la aguja indicadora con el origen de las lecturas. Por último, aplicamos la sobrecarga de P 90 kg (escala B), = 140 (escala C) lentamente en un lapso de 3 a 6 segundos que logra una penetración máxima h. 4. Después de retirar la sobrecarga realizamos la lectura en el equipo, de donde deduciremos la Dureza Rockwell del metal.
Figura 5. Detalle de la incidencia del penetrador en las tres fases. Entre el número de dureza Rockwell y la profundidad “h” existe la siguiente relación:
100 − ℎ() .
; rango de durezas total teórico 0 - 100
130 − ℎ() .
; rango de durezas total teórico 0 - 130
HRC =
HRB =
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ENSAYO DE DUREZA (BRINELL):
Material
Diametro de penetrador (mm)
Carga (Kg)
1° Diámetro (mm)
2° Diámetro (mm)
Promedio (mm)
Acero
10
3000
4.66
4.65
4.65
SAE 1045
10
3000
4.78
4.91
4.84
AISI DIN D3X210 Cr 12
10
3000
4.292
4.264
4.27
Aleación de Bronce
10
1000
3.372
3.347
3.35
Latón (Cu+Zn)
10
1000
3.696
3.753
3.72
Cobre
10
1000
3.865
3.911
3.88
ZAMAC
10
1000
3.204
3.242
3.22
Aluminio
10
500
4.04
4.055
4.04
Ahora calculamos la dureza Brinell con la siguiente formula:
2(−√ − ) Acero:
HB = 166.52 Kg/ SAE 1045:
HB = 152.87 Kg/ AISI DIN D3X210 Cr 12:
HB = 199.46 Kg/ Aleación de Bronce:
HB = 330.52 Kg/ Latón (Cu+Zn)
HB= 266.11 Kg/
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Cobre:
HB = 243.78 Kg/ ZAMAC:
HB = 358.58 Kg/ Aluminio:
HB = 224.05 Kg/
Durómetro Brinell ( modelo : OPAB-3000 )
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CONCLUSIONES
El ensayo Rockwell es uno de los métodos más utilizados en la determinación de dureza ya que en comparación con los demás métodos para la obtención de la dureza no requiere de cálculos adicionales, el valor de la dureza estará dado por lo que indica la pantalla, en nuestro caso, digital
Se observa que los valores obtenidos en cada penetración en el ensayo Rockwell es diferente esto se debe a que las propiedades mecánicas del material no es la misma en todo los puntos; entonces cuando hablamos de dureza nos estaremos refiriendo al promedio de dichos valores.
Recomendamos tener sumo cuidado al momento de hacer las mediciones y verificar que la plataforma sobre la que está la maquina con la que realizaremos el ensayo de dureza no este inclinada, ya que cualquier movimiento de la plataforma de maniobra del equipo puede alterar los resultados.
Para comprobar la validez del ensayo se deben realizar de tres a mas penetraciones para un mismo material, así podremos obtener un valor más exacto de la dureza de dicho material.
Recomendamos tener en cuenta que es necesario contar con la indumentaria adecuada (guardapolvos, guantes, etc.) al momento de realizar los ensayos.
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BIBLIOGRAFÍA
FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES, William F. Smith, 2º edición. 1996
Técnicas de Laboratorio para pruebas de Materiales (Keyser, Carl. Limusa-Wiley).
Pruebas Mecánicas y Propiedades de los Metales (Zolotorevski, V. Editorial Mir).
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