Dureza rockwell

Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henao

DUREZA ROCKWELL

OBJETIVO DEL ENSAYO: determinar experimentalmente la dureza Rockwell. Estudiar su

campo de aplicación.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES. Definición de dureza: se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material

de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto

locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales

(indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.

Los métodos Brinell y Vickers, ya estudiados, poseen la insuficiencia principal de que la

medición de las características geométricas de la impronta toma cierto tiempo, además dicha

medición a veces no es exacta a causa de que el metal desalojado por la bola se acumula cerca

de los bordes de la impronta. Por esto surgió la necesidad de desarrollar otros métodos de

determinación de la dureza llevando al desarrollo de métodos como el Rockwell, en el cual la

medición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.

El método de Rockwell aunque es un método de indentación no pretende de manera directa

medir la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos de contacto,

sino que la define como un número arbitrario, inversamente proporcional a la penetración del

indentador.

El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por

indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-

esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o

carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser

ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo

condiciones específicas de carga.

El estándar ASTM E18-03 define el número de dureza Rockwell como un número derivado del

incremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el indentador es

incrementada desde una fuerza previa (preliminar específica) hasta una fuerza total (específica)

y luego retornada al valor de fuerza previa.

El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1.

Figura 1. Esquema de medición de la dureza Rockwell

Al comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de la

carga previa P0, la cual se mantiene hasta el final del ensayo. Esto garantiza una mayor exactitud

del ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y de las irregularidades de la delgada

capa superficial. Después se expone la probeta a la acción de la carga total Pf = P0 + P1, y la

profundidad de penetración aumenta. Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema


probeta-indentador ocurre una recuperación elástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previa

P0, siendo posible la medición de la profundidad de penetración h, la cual determina el número

de dureza Rockwell (HR).

Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-esferoidal

de diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetros

Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia:

Para el cono de diamante �� = 100 − �

,�

Para las bolas de acero �� = 130 − �

,�

De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una

penetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto “tope”

para que haya coherencia: a menor profundidad de penetración mayor será el número de

Rockwell y viceversa.

En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas

de Rockwell de manera automática realizan estas operaciones mostrando directamente el

número de dureza en sus diales. Esta característica granjeó para este método una gran

popularidad.

El estándar define las características geométricas de los indentadores. Para el penetrador cónico

esferoidal se muestran en la figura:

Indentador cónico esferoidal de Rockwell

Las bolas son similares a las del método Brinell y tienen los siguientes diámetros:

∅ 1/16”; ∅ 1/8”; ∅ 1/4”; ∅ 1/2”.

Las cargas a aplicar pueden ser:

carga previa P0 [kgf] 10

carga principal P1 [kgf] 50 90 140

carga total Pf [kgf] 60 100 150

A partir de las combinaciones posibles de distintos indentadores y cargas, el estándar ASTM

E18 define 15 escalas diferentes de durezas Rockwell. Se muestra la tabla que las define,

tomada directamente de dicho estándar. En esta tabla se muestra también la aplicabilidad de

cada tipo de prueba.


Tabla 1. Escalas de dureza Rockwell

Escala Indentador Carga Total Color de escala Aplicaciones

A Cono diamante 60 Negro Metales duros, superficies templadas, chapa fina (<0,4 mm)

D Cono diamante 100 Negro Piezas con superficies templada de dureza media, chapas

C Cono diamante 150 Negro Aceros templados

F Bola de ø 1/16” 60 Rojo Aleaciones cobre recocido. Chapa fina metálica (>0,6 mm)

B Bola de ø 1/16” 100 Rojo Aceros blandos, de construcción, metales no ferrosos

G Bola de ø 1/16” 150 Rojo Bronce, cobre-berilio, cobre-níquel, fundición maleable

H Bola de ø 1/8” 60 Rojo Aluminio, zinc, plomo

E Bola de ø 1/8” 100 Rojo Fundición, aleaciones Al-Mg, metales antifricción o sintéticos

K Bola de ø 1/8” 150 Rojo

Metales antifricción o de dureza muy baja, Ebonita (ASTM

D530-59T), Madera laminada (ASTM D 805-52), Materiales

sintéticos (ASTM D-785-60T), Otros materiales muy blandos o

muy finos.

L Bola de ø 1/4” 60 Rojo

M Bola de ø 1/4” 100 Rojo

P Bola de ø 1/4” 150 Rojo

R Bola de ø 1/2” 60 Rojo

S Bola de ø 1/2” 100 Rojo

V Bola de ø 1/2” 150 Rojo

-Escalas de dureza Rockwell (Tomado de ASTM E 18 - 03) Nota: La máquina de nuestro Laboratorio difiere de lo consignado en esta tabla, al estar marcada en

color rojo la escala de aplicación con diamante y en negro la escala de aplicación con bolas de acero

En la práctica las escalas más difundidas son la B y C.

El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escala

así:

64 HRC

Esta notación indica una dureza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total

150 kgf)

Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra

“S” si es de acero o “W” si es de carburo de tungsteno.

Tiempo de aplicación de la carga. Sobre el tiempo de aplicación de la carga principal existen

discrepancias.

El estándar ASTM E 18-79 especifica un tiempo de aplicación de la carga principal de no más

de 2 s, luego del detenimiento de la palanca de aplicación, además advierte lo siguiente: en el

caso de ensayarse materiales que presenten pequeño flujo plástico o no lo presenten luego de la

aplicación total de la carga, la palanca debe ser retornada inmediatamente para retirar la carga

principal; en el caso de flujo plástico considerable, lo que se manifiesta en el movimiento del

puntero del indicador luego del detenimiento de la palanca de aplicación de la carga, ésta debe

ser retornada luego de 2 s de aplicada la fuerza (detenimiento de la palanca).

El estándar DIN 50 103, por el cual se rige el manual de operación de la máquina de nuestro

laboratorio, aconseja retirar la carga 10 s después del detenimiento de la palanca, si el material

ensayado es muy blando debe esperarse aún más.

El estándar GOST 9013-59 pide mantener la carga entre 4 y 8 s, luego de establecerse el valor

nominal de la misma.

En nuestro laboratorio nos atendremos al estándar ASTM, de todos modos, cuando se apliquen

las cargas por un tiempo mayor a los 2 s, este hecho será consignado en el informe.

PROCEDIMIENTO Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se

indentador (cónico-esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la

carga principal para sostener la carga total durante algún tiempo. Luego de retirada la carga

principal y mantenido la previa,

valor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En las mismas

condiciones se realizan varias indentaciones más.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA. Máquina. Para los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HP

Wekstoffprüfmaschinen, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Este

aparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell y Vickers. Aplica cargas

hasta de 250 kgf. Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración,

el cual muestra la dureza Rockwell obtenida durante el ensayo.

El funcionamiento de la máquina puede verse

de medición será explicado por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.

Probetas. Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.

Estas mismas probetas se usaron para la medición de la du

durante el ensayo de Impacto.

1) Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro,

2) Probeta de acero AISI O1 templada en aceite,

3) Probeta de acero AISI O1 templada en agua.

Las probetas deben ser limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus caras

donde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la superficie

durante el procedimiento de limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que la

superficie esté en la normal del eje del indentador.


Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la probeta un

esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la


se observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, el


condiciones se realizan varias indentaciones más.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

Para los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HP-250 marca

, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Este



el cual muestra la dureza Rockwell obtenida durante el ensayo.

Máquina de dureza Rockwell

El funcionamiento de la máquina puede verse en la parte final de este informe, el procedimiento


Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.

Estas mismas probetas se usaron para la medición de la dureza Vickers y serán destruidas

Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro,

Probeta de acero AISI O1 templada en aceite,

Probeta de acero AISI O1 templada en agua.

limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus caras



perficie esté en la normal del eje del indentador.


presiona contra la probeta un

esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica la


se observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, el


250 marca

, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Este



el procedimiento


Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.

reza Vickers y serán destruidas

limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus caras




Indentadores. El indentador de diamante debe ser un cono con punta esférica altamente pulido.

El ángulo debe ser de 120° ± 30´. La punta debe ser una esfera de diámetro nominal 0,200 mm.

Las esferas deben tener una dureza Vickers (HV) de al menos 850. Las bolas tienen diámetros y

tolerancias como se muestra en la siguiente tabla.

Diámetro de la bola Tolerancia [in] 1/16” ± 0,001

1/8” ± 0,001

¼” ±0,001

½” ±0,001

REALIZACIÓN DEL ENSAYO

Como el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo se

darán aquí algunas recomendaciones adicionales.

1. Se selecciona el tipo de ensayo según la tabla de escalas de dureza Rockwell. Las

condiciones específicas para las durezas HRC y HRB se muestran en la siguiente

tabla.

Indentador

Carga Pf [kgf]

Escala Límites

HRB Bola 1/16” 100 negra 25...100

HRC Diamante 150 roja 20...67

2. Las mediciones se realizarán así para cada probeta:

Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro → HRB

Probeta de acero AISI O1 templada en aceite → HRC

Probeta de acero AISI O1 templada en agua. → HRC

Se debe tener especial cuidado en que la mediciones de dureza muestren resultados

dentro de los límites permitidos, de no ser así se debe echar mano de otra escala u otro

método de medición de dureza.

3. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no será

tenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema indentador, montura y

porta indentador.

4. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que la

separación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a

2,5 veces el diámetro de la huella.

TRATAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS Los datos obtenidos para cada impronta se anotan. Para obtener un dato consolidado se

promedian las durezas obtenidas en todas las indentaciones de cada probeta. Este número se

redondea hasta unidades enteras. Los resultados se presentan escribiendo la notación estándar

correcta. Ejemplo:

Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro: 90 HRB


INFORME

De manera particular, el informe sobre el ensayo Dureza Rockwell , debe contener.

1) Objetivo.

2) Consideraciones teóricas generales: Definición de dureza. Método Rockwell.

3) Maquinaria. Indentadores.

3) Probetas. Dibujo de las mismas, comparación con la probeta ASTM.

4) Resultados de dureza para cada probeta, con la notación correcta.

5) Conclusiones.

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