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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
“INFORME DE ENSAYO DE DUREZA”
PROFESOR : ING. Jose Luis Sosa
ESTUDIANTE: Ccanchi Espinoza Jhonny Héctor 20090125G
Mantilla Huaman Paulo Cesar 20092092I
Paisano Charka Lucio 20090127K
Ledesma Pihue Jhossep 20090200I
SECCION: D
FECHA DE PRESENTACIÓN : 18/09/2010
Lima – Perú
2010
INDICE
CIENCIA DE LOS MATERIALES
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1. OBJETIVOS.............................................................................................................................3
2. EQUIPOS UTILIZADOS.........................................................................................................4
3. DESCRIPCIÓN DE PROCEDIMIENTO...............................................................................6
4. CUESTIONARIO...................................................................................................................14
6. CONCLUSIONES..................................................................................................................18
7. RECOMENDACIONES.........................................................................................................19
8. OBSERVACIONES...............................................................................................................20
9. BIBLIOGRAFIA......................................................................................................................21
10. ANEXO................................................................................................................................22
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1. OBJETIVOS
- Conocer y manipular los equipos de laboratorio, de ciencias de materiales,
para la aplicación de los diferentes ensayos de dureza como:
o Ensayo Vickers
o Ensayo Brinell
o Ensayo Rockwell
- Conocer y aplicar las respectivas normas para los ensayos de dureza,
como por ejemplo las normas ASTM, NTP.
- Identificar el tipo de ensayo que se debe aplicar a un material específico.
- Manejar de manera correcta las formulas necesarias para la determinación de los números de dureza brinell y vickers.
- Buscar, conocer y profundizar los conocimientos sobre la dureza como
propiedad mecánica de los materiales.
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2. EQUIPOS UTILIZADOS
Para el ensayo de dureza brinell:
Precisión: 0.005 mm
Marca: Avery Dennison
Consiste es una máquina que posee una base donde se coloca la probeta, la maquina,
además posee una saliente proyectada perpendicularmente hacia la base en el cual se
monta la billa a través de la cual se aplica una carga con ayuda de un brazo de palanca
predeterminada sobre la probeta. La cantidad de carga varía dentro de cierto rango. La
máquina es completamente estática, lo que garantiza el no deslizamiento de la billa para
la correcta aplicación perpendicular de la carga sobre la probeta.
Para el ensayo de dureza rockwell:
Marca: Wilson INSTRUMENT DIVISION
Rango de medición: 35HRB-120HRB
La tolerancia de la bola de penetraciones 0.003mm Φ
La lectura de la dureza esta en el color
rojo para la escala B, y negro para la escala C.
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Consta de:
Un soporte plano de acero lo suficientemente duro y rígido para prevenir su
deformación, el que se encontrará fijado simétricamente debajo del penetrador.
Un indicador dial de dureza, el cual está diseñado para medir la profundidad
diferencial, la lectura del dial corresponde a la cifra de dureza Rockwell del tipo
de ensayo Rockwell realizado.
Una manilla giratoria para elevar el soporte rígido, que además permite la
aplicación de la carga inicial (Po).
Una palanca lateral para aplicar la carga principal (P1).
Tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada.
Esta máquina de ensayo permitirá la aplicación de la carga en forma
perpendicular a la superficie de la pieza, además de permitir la mantención de
la carga de trabajo durante el tiempo especificado de manera constante.
Para el ensayo de dureza vickers:
Marca: Leitz – Westzlar.
País de fabricación: Alemania.
Rango de medición: HV 10 - HV 2500
Precisión: 5 µm – 99 µm (diagonales)
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3. DESCRIPCIÓN DE PROCEDIMIENTO
ENSAYO DE DUREZA BRINELL:
Es un ensayo de penetración. En el ensayo Brinell son usadas bolas de acero
templado de diferentes diámetros. Para materiales más duros se usan bolas de
carburo de tungsteno. En este ensayo que vamos es utilizando una maquina
calibrada que ejerce una carga a un balín de acero de 10 milímetros de diámetro,
con una fuerza de 3000 kg. El valor medido es el diámetro del casquete en la
superficie del material. Para hallar la
--la superficie donde se va a hacer la prueba debe estar pulida.
1) Se coloca la probeta sobre la base de la makina,en posición y lista para su
contacto con la billa.
2) Se aplica la carga de prueba a velovidad muy baja durante unos 15
segundos aproximadamente, después se rtira la carga de manera gradual.
Luego de tener la huella se mide con el vernier o pie de rey.
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DATOS Y CÁLCULOS
Diametro de la bola(D): 10mm Carga aplicada (P): 3000kg Diametro de la huella (d):
Ф1 = 3.55mmФ2 = 3.65mmФ2 = 3.55mm
Фpromedio = 3.58mm
P: carga aplicada en N (kgf)D: diámetro del balín en mm.d: diámetro medio de la huella en mm.1 kgf es igual a 9.80665 N.
Remplazando los todos los datos en la formula se obtuvo el siguiente resultado:
ENSAYO DE DUREZA ROCK WELL:
Esquema de la aplicación de carga
HB = 288,15
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En este ensayo solo hallaremos la dureza en la escala B y F.
Calibración de la maquina:
Se procede a ubicar el penetrador de bola esférica de Ø 1,588mm, se calibra la
máquina girando el tornillo superior del durómetro, hasta llegar a la marca de la
escala en cuestión. Luego se monta la probeta en el soporte, girando la llave del
soporte se pone en contacto la pieza con el penetrador. Se gira hasta que la aguja
del dial de dos vueltas, quedando en el punto "cero" (aplicación carga inicial).
A continuación se gira la manilla frontal, que aplica la carga P1, de forma lenta y
uniforme, Transcurrido 15 s levantamos la manilla observamos la lectura y la
registramos.
(Esta fase se realizó 4 y 3 veces para cada probeta cuidando de no iniciar la
medición sobre un área en la que ya se haya realizado otro ensayo, para lograr
una mejor precisión al sacarle el promedio).
Escala negra y roja de la maquia Wilson
Imagen de la máquina de dureza Wilson
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DATOS Y CÁLCULOS
- Dureza del aluminio (escala F):
Penetrador de bola ∅=1/16”
Carga: 60Kg
Carátula: rojo
a) 44 HRF
b) 56 HRF
c) 57 HRF
d) 52 HRF
- Dureza del cobre (escala F):
Penetrador de bola ∅=1/16”
Carga: 60Kg
Carátula: rojo
a) 18 HRF
b) 11 HRF
c) 18 HRF
- Dureza del bronce (escala F):
Penetrador de bola ∅=1/16”
Carga: 60Kg
Carátula: rojo
a) 95 HRF
b) 95 HRF
c) 95HRF
HRF = 52.25
HRF = 15.66
HRF = 95
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- Dureza del acero de bajo carbono (escala F):
Penetrador de bola ∅=1/16”
Carga: 60Kg
Carátula: rojo
a) 98 HRF
b) 98 HRF
c) 98HRF
- Dureza del acero de medio carbono (escala B):
Penetrador de bola ∅=1/16”
Carga: 100Kg
Carátula: rojo
d) 101 HRF
e) 102 HRF
f) 105HRF
ENSAYO DE DUREZA VICKERS:
Es un procedimiento estandarizado utilizado medir la dureza de los
materiales metálicos y esta normalizado por The American Society for
Testing and Materials (ASTM ) E – 92.
Durante las mediciones se hace penetrar un indentor de diamante que tiene
forma de pirámide de cuatro caras con ángulo ≈ 136°. Después de quitar la
carga P, que se acciona durante 10 – 15 segundos si son materiales
ferrosos y 30 segundos para materiales no ferrosos, se mide la diagonal d
dejado por la huella que ha quedado en la superficie de la muestra. El
número de dureza HV, se determina como la razón existente entre la carga
HRF = 98
HRF = 102.66
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expresada en kilogramos y el área de la superficie lateral de la huella
piramidal obtenida.
HV=2P senα /2d2
=1,8544 Pd2
( kgmm2
)
Las muestras para medir la dureza HV deben de estar, pulidas y sus
superficies no deben tener endurecimientos por deformación en frio.
El espesor mínimo de la muestra a ensayar debe sobrepasar la diagonal de
la huella en 1,2(para el acero) o en 1,5 veces (para los metales no ferrosos
y aleaciones). La distancia entre en centro de la huella y los bordes de la
muestra o el extremo de la huella contigua se considera no menor a 2,5 d.
d=d 1+dd 22 Imagen de la máquina Leitz – Westzlar.
Imagen de una prensadora q se uso para que las superficies de la probeta durante el ensayo estén totalmente paralelas y horizontales
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DATOS Y CÁLCULOS
- Dureza del bronce:p = 100gd1 = 28,5 μmd2 = 30,0 μm
dprom = 29,25 μm
- Dureza del acero de bajo carbono:p = 100gd1 = 31,5 μmd2 = 32,0 μm
dprom = 31,75 μm
HV = 216,74
HV = 183,95
Imagen de los estudiantes colaborando en la medición de las diagonales de la huella
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- Dureza del cobre:p = 100gd1 = 54 μmd2 = 51 μm
dprom = 52,5 μm
-Dureza del aluminio:
p = 100gd1 = 50 μmd2 = 50 μm
dprom = 50 μm
HV = 67,28
HV = 216,74
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4. CUESTIONARIO
1. ¿Qué caracteristica tienen los ensayos de microdureza?, señale ejemplos del uso de estos ensayosEste tipo de ensayo consiste en generar una huella muy pequeña paramedir la dureza de muestras de pequeño tamaño. Esto se haceaplicando cargas muy pequeñas. Los ensayos de microdureza sonensayos de precisión.El principal inconveniente es que necesitan una gran preparación superficial del material a probar, llegando al pulido metalográfico, también denominado “acabado espejo”. Existen tres tipos de ensayo de microdureza: Knoop, Vickers y Ultrasonido. Entro los principales usos de los ensayos de microdureza encontramos:
Pequeñas piezas que son difíciles de medir con otro durómetros Medida de micro-constituyentes y /o fases Medida de superficie tratadas térmicamente tales como capas
endurecidas o nitruradas Medida en condiciones no deseables de superficie tales como la
decarburización Medida de recubrimientos
2. La dureza y la resistencia mecánica están relacionadas linealmente. ¿Cuál es la causa de la relación?la dureza es una propiedad fundamental de los materiales yesta relacionada con la resistencia mecánica. la dureza puededefinirse como la resistencia de un material a la penetración oformación de huellas localizadas en una superficie. cuanto maspequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas,mas duro será el material ensayado. el penetrador en un ensayode dureza es generalmente una esfera, pirámide o cono hecho deun material mucho mas duro del que se ensaya, como porejemplo acero endurecido, diamante o carburo de tungstenosinterizado.
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3. Describa la medición de dureza brinell, indique sus aplicaciones.
Se comprime una bola de acero templada, de diámetro (D) 2,5; 5 ó 10mm, contra el material aensayar con una fuerza P. Después de liberar la carga se mide el diámetro
(d) de la huella con un
dispositivo amplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:
Y sus aplicaciones se pueden observar en la medición de elementos
metálicos de tamaño regular a donde se tiene difícil acceso, es decir q se
toman muestras relativamente grandes.
4. Describa la medición de dureza en las escalas rockwell B y rockwell C.
Para los materiales duros se emplea como elemento de penetración un
cono de diamante de ángulo 120º, y para los semiduros y blandos una
bolita de acero de 1/16”, deduciéndose la fuerza Rockwell de la profundidad
conseguida en la penetración. El cuerpo empleado para la penetración se
hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de
10Kg. La profundidad de penetración alcanzada constituye el valor de
partida para la medición de la profundidad de la huella. Después se
aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada
a la bolita (100Kg), bajándose nuevamente el valor previo. Se mide la
profundidad de penetración que queda y en la escala del aparato se lee
directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRc) cono o la
Rockwell B (HRb) bolita.
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a) PENETRADOR DE DIAMANTE
Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A,
C y D.
Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje debe
coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La punta es
un casquete esférico con un radio de 0.200 mm.
La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia
importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace
difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es
necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre
piezas patrón de diferentes durezas.
b) PENETRADOR ESFERICO DE ACERO
Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las
escalas B, E Y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un
diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un
diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe
presentar defectos superficiales.
Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la
tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial.
En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de:
polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la
prueba.
5. Describa la medición de la dureza en la escala Vickers y en la medición de microdureza Vickers.
En este caso se emplea como cuerpo de penetración una pirámide cuadrangular
de diamante.
La huella vista desde arriba es un cuadrado. Este procedimiento es apropiado para
aceros nitrurados y cementados en su capa externa, así como para piezas de
paredes delgadas de acero o metales no férreos.
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La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y de la
diagonal en mm2 de la huella de la pirámide según la fórmula:
La forma de operar es muy sencilla, primero se fija la muestra con la
ayuda de la prensa manual.
Luego la carga es aplicada por medio de un juego de palancas que
mueven una leva.
Se mantiene la carga durante un cierto tiempo (por lo general 15
segundos).
Se enfoca con el microscopio sobre la huella a la vez que se levanta el
diamante. La huella formada es muy pequeña y sus bordes forman en
la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una
retícula graduada y luego se halla la dureza.
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6. CONCLUSIONES
Se comprobó que los aceros poseen una mayor dureza.
El aluminio pese a ser un metal es blando, en comparación con los otros
metales.
Los materiales con mayor porcentaje de carbono son mas resistentes
La utilización de la precarga es para determinar la diferencia de alturas.
Las aleaciones como el bronce pueden mejorar las propiedades de un
metal como el cobre, lo cual puede ser fácilmente observado al comparar
las durezas entre el bronce y el cobre.
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7. RECOMENDACIONES
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 ensaño 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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8. OBSERVACIONES
Los datos obtenidos distan un poco de los obtenidos por las tablas.
De loa gráficos realizados observamos que el acero dulce y el acero de
construcción son los que poseen mayor dureza en relación a los otros
materiales ensayados.
Durante el ensayo, hemos podido notar que las mediciones realizadas de
dureza de una material se hallan dentro de un rango de valores.
Son muy importantes el uso de las tablas para poder corroborar los datos
obtenidos de esta experiencia.
Para el ensayo Rockwell se uso un penetrador de bola de diamante.
Se observa que cuando mayor es la “profundidad” (e), del ensayo
Rockwell menor es la dureza del material.
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9. BIBLIOGRAFIA
Gabriel Calle Trujillo. “Laboratorio de Resistencia de Materiales – Guía de laboratorio”,
UTP, 2004.
www.inoxidable.com/dureza.htm
T. Robert N. “ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (WILSON )” 2008-04-04
Wikipedia. “Ensayo Rockwell”. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell.
William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial
McGrawHill, 1998.
Donald Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial THOMSON
EDITORES, 3ra Edición, 1998.
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10. ANEXO
Escalas y colores empleados en Rockwell
ESCALA
DESIGNACIONTIPO DE PRUEBA
TIPO Y TAMAÑO DEL
PENETRADOR
CARGA
MENOR (KG)
CARGA
MAYOR (KG)
ESCALA DEL COMPARADOR
Color Colocación
A Normal Cono de diamante 10 60 Negro Fuera
B " Bola de 1/16" " 100 Rojo Dentro
C " Cono de diamante " 150 Negro Fuera
D " Cono de diamante " 100 Negro Fuera
E " Bola de 1/8" " 100 Rojo Dentro
F " Bola de 1/16" " 60 " "
G " Bola de 1/16" " 150 " "
H " Bola de 1/8" " 60 " "
K " Bola de 1/8" " 150 " "
L " Bola de 1/4" " 60 " "
M " Bola de 1/4" " 100 " "
P " Bola de 1/4" " 150 " "
R " Bola de 1/8" " 60 " "
S " Bola de 1/8" " 100 " "
V " Bola de 1/8" " 150 " "
15 -N Superficial Cono de diamante 3 15 " "
30-N " Cono de diamante " 30 " "
45-N " Cono de diamante " 45 " "
15-T " Bola de 1/16" " 15 " "
30-T " Bola de 1/16" " 30 " "
45-T " Bola de 1/16" " 45 " "
Breve Historia de los ensayos de Microdureza
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El término 'microdureza' es realmente erróneo. No hay nada de 'micro' sobre la dureza de los materiales que se ensayan. Solo el tamaño que resulta de las huellas es 'micro'. El término 'micro-identación' de dureza sería quizás una mejor descripción. Desde hace tiempo, se considera microdureza cuando se emplean cargas de 2Kg o menos.
Aplicaciones de ensayo de Microdureza
Figura 1: Huella Vickers
Hay dos tipos de tipos predominantes de ensayos de microdureza. El primero, Vickers, que fue introducido en Inglaterra en 1925.La Figura 1 muestra una típica huella Vickers.Con el término Vickers también se refiere a la pirámide de diamante.
Figura 2: Penetrador Vickers. Dirección de esquema http://www.gordonengland.co.uk/
La geometría del penetrador Vickers es la misma que para los ensayos convenciones de ¨”macro” dureza.La Figura 2 muestra el esquema de un penetrador Vickers. La profundidad de penetración es 1/7 de la diagonal.
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El segundo popular método de ensayo de microdureza es el Knoop.El método Knoop se desarrolló por el National Bureau of Standards (USA) en 1939. Se emplea un penetrador de diamante piramidal de base rómbica de geometría mostrada en la figura 3. El penetrador Knoop produce una huella relativamente poco profunda (1/30 de la longitud de de la diagonal mayor) cuando se compara con una carga realizada por penetrador Vickers.
Figura 3: Penetrador Knoop. Dirección de esquema
http://www.gordonengland.co.uk/
