Ensayo RockwellCarmona

7/21/2019 Ensayo RockwellCarmona

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Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Escuela de Ingeniería Mecánica

Roberto Carmona Campos Marzo- 2013 Página 1

Índice

Contenido

Objetivos ensayo Rockwell ............................................................................................ 3

Materiales, equipos y herramientas utilizadas. .............................................................. 3

Materiales. ........................................................................................................................... 3

Equipo. ................................................................................................................................. 3

Herramientas ........................................................................................................................ 3

Durómetro Rockwell ...................................................................................................... 4

Componentes de Maquina Rockwell .............................................................................. 4

o Rueda ................................................................................................................................................ 4 o Yunque .............................................................................................................................................. 4

o Collar Moleteado .............................................................................................................................. 4

o Palanca de Volteo ............................................................................................................................. 4

o Manivela ........................................................................................................................................... 4

o Aguja chica y punto ........................................................................................................................... 4

o Aguja Grande .................................................................................................................................... 4

o Sección coloreada de la carátula (Dial) ............................................................................................. 4

Penetradores ................................................................................................................. 5

Ensayo de dureza Rockwell. ........................................................................................... 6 Desarrollo de la actividad .............................................................................................. 7

Valores Obtenidos ......................................................................................................... 8

Ensayo Numero 1 .................................................................................................................. 8

Ensayo numero 2 .................................................................................................................. 9

Ensayo numero 3 .................................................................................................................. 9

Ensayo numero 4 ................................................................................................................ 10

Ensayo numero 5 ................................................................................................................ 10 Tabla Comparativa de Fuerzas Para distintos Ensayos. ......................................................... 11

Gráfico: “Durezas en escalas Comparativas” ................................................................ 12

Análisis de los valores Obtenidos y calculados .............................................................. 12

Gráficos “Durezas v/s zonas medidas” ......................................................................... 14





Conclusión ................................................................................................................... 15

Anexos ........................................................................................................................ 16

Tablas ......................................................................................................................... 19

Bibliografía ................................................................................................................. 22





Objetivos ensayo Rockwell

Los principales objetivos esperados al finalizar la actividad son los siguientes:

A través de probetas de distintos materiales lograr determinar la dureza “Rockwell”,

utilizando dos tipos de penetradores (Cónicos y Esféricos).

Comprender el procedimiento y secuencia de pasos necesario para realizar las

mediciones.

Lograr Clasificar e identificar cada componente de la máquina.

Tener Dominio sobre las tablas que representan las escalas utilizadas.

Ser capaz de encontrar la solución a un problema de validez de rango para cierta escala.

Saber diferenciar a través de los cálculos, realizados según la base de datos recogidos

experimentalmente, el grado de dureza de cada material.

Al final del ensayo, comprender completamente los principios básicos, usos e importancia

del ensayo Rockwell.

Materiales, equipos y herramientas utilizadas.

Materiales.

Escalas necesarias para conocer los rangos de validez del ensayo, carga total, etc.

Ya sea para un ensayo normal o superficial (Ver tabla 4). Probetas de distintos materiales como por ejemplo aceros, cobres, aluminio,

bronces, entre otros (ver anexo 5).

Material necesario para realizar notas o apuntes, para luego obtener los cálculos

necesarios.

Tablas de equivalencia de dureza.

Equipo.

Durómetro Rockwell

Penetradores de bola y diamante.

Herramientas

Pie de metro, para tomar el diámetro de las probetas.

Cronómetro para tomar el tiempo de aplicación de las cargas.





Durómetro Rockwell

El equipo utilizado en esta oportunidad para realizar el

ensayo Rockwell tiene procedencia de U.S.A y es de

marca “Wilson”. Ésta consta con un sistema amortiguador

que tiene por objetivo controlar la velocidad con la cual se

aplica la carga. Además tiene una un sistema de pesas

intercambiables (ver Anexo 2), en su parte posterior, para

reproducir por acción de palanca la carga a realizar sobre

la probeta.

Componentes de Maquina Rockwell :

o Rueda: tiene como fin, desplazar el yunque de forma vertical para acercar la probeta al

penetrador.

o Yunque: se mueve en el eje vertical al hacer girar la rueda y sostiene la muestra

o Collar Moleteado: También para acercar la muestra al penetrador pero de manera más

sutil, y así lograr el alineamiento de las agujas con el punto, con el propósito de

seleccionar un valor referencial para comenzar la medición.

o

Palanca de Volteo: Sirve para aplicar la carga principal una vez liberada.o Manivela: Con esta manivela se debe soltar la carga mayor una vez finalizado el tiempo

de acción de la carga.

o Aguja chica y punto: Se encuentra en la parte superior de la máquina, indica cuando ya

se realizó la carga menor sobre la muestra, para luego recibir la carga mayor.

o Aguja Grande: Debe estar dentro de la sección coloreada a la vez con la aguja chica y el

punto alineada y así indicar que la carga menor ha sido aplicada. Luego ésta indica el valor

de la dureza lograda según la escala utilizada.

o Sección coloreada de la carátula (Dial): Sector coloreado dentro de la zona circular,

en la cual se encuentran los indicadores de las tablas(ver anexo 3).

Nota: En Sección Anexo 1 se puede observar el esquema completo de la maquina Rockwell marca

WILSON utilizada para este ensayo.





PenetradoresLa dureza de un metal será medida forzando la superficie por medio de un penetrador.

Generalmente el elemento penetrador es una esfera, un cono o una pirámide, cuyo material debeser más duro que el material a examinar.

Dependiendo de la escala y material de prueba a utilizar se escogen los tipos de

penetradores que se deben ocupar. Por ejemplo, para los ensayos de dureza Rockwell sea escala

A, C, y D, se utiliza un penetrador cónico con punta de diamante. Para ensayos con escalas B, E, F y

G se usara un penetrador esférico de acero templado con la superficie finamente pulida. A

continuación, imágenes de los penetradores utilizados.

Penetrador Cónico.Tipos de penetrador.

Penetradores esféricos

de distinto diámetro.





Ensayo de dureza Rockwell.

Este ensayo está pensado para ser realizado especialmente a metales. Está dentro de la

categoría de “dureza de Penetración” y se rige por la norma ASTM

E18 -“Ensayo de dureza Rockwell de materiales Metálicos”- en elcual determina la dureza en función de la profundidad que logra el

penetrador. Por “Dureza a la penetración” entendemos como la

resistencia que ofrece un material a ser penetrado por otro aún

más duro, medida a su estructura y plasticidad.

Este ensayo lo podemos dividir en las siguientes fases:

→ Fase 1 : Después de tener ya instalada la muestra sobre el yunque, se procede a alinear la

flecha chica con el punto y así realizar la carga menor, donde el penetrador desciende una

distancia o medida “x” del material, donde se considera como el punto de referencia o

“cero”.

→

Fase 2: Después de realizar la carga menor, se procede a la aplicación de la carga principalo mayor sobre la muestra. En este caso el penetrador desciende una distancia aun mayor

que en la fase 1, siendo esta una medida con respecto al punto de partida de la medición.

El objetivo de aplicación de la carga es determinar el valor de dureza, de la probeta

(muestra), luego de realizar una carga mayor según sean las condiciones predefinidas en

las escalas a utilizar.

→ Fase 3: En esta parte del ensayo se retira la carga mayor (por medio de la manivela)

después de un tiempo cercano a los 10 segundos, pero aun así manteniendo la carga

inicial. Esto Permite que el material recupere su elasticidad devolviéndose a una distancia

que queda entre el punto de referencia y la cota final. El dial indicador de la maquina está

diseñado para medir esta diferencia, siendo así la lectura final, la cifra de dureza Rockwelldel ensayo realizado.

NOTA: Revisar anexo 4, esquema de “ensayo Rockwell”.

Imagen Captada durante la medición,

donde el penetrador está realizandouna carga sobre la probeta.





Desarrollo de la actividad

Los pasos a seguir para desarrollar este ensayo son los siguientes:

1.

Una vez escogido el material de la probeta a ensayar, se procede a la elección de la escala,cargas y penetrador que se deben utilizar. Luego de implementarlos en la maquina se

debe asegurar que la superficie del yunque esté limpia y segura para ser utilizada.

2. Asegurarse que la manivela (palanca mano derecha, lado inferior) se encuentre siempre

en posición de avance.

3. Montar sobre el yunque la probeta que se utilizara.

4. Girar suavemente la rueda en sentido de las manecillas del reloj para acercar así la

probeta al penetrador.

5. La rueda se gira hasta que se realice la carga inicial, es decir, cuando la aguja chica está

alineada con el punto y la aguja grande este dentro de la zanja coloreada.

6.

Se hace girar el collar moleteado hasta definir nuestro punto referencial, cuando la líneaset de la escala utilizada este en línea y debajo de la aguja grande.

7. Se suelta la palanca de volteo, para así aplicar la carga principal a la probeta, provocando

que la manivela se comience a mover.

8. Esperar que la manivela se detenga, una vez este en reposo tomar un tiempo aprox. De

entre 10 y 15 segundos aprox. Mientras se recupera la elasticidad del material y se llega a

la cota final.

9. Luego que la manivela se detuvo, observar y tomar nota de la magnitud de dureza

Rockwell mostrada en el dial de la máquina. Observar las magnitudes según el color que

indica la escala de color negro ubicada en el frente de la herramienta bajo el dial (ver

Anexo 6).10. Verificar que el rango de dureza sea correcto a través de las escalas usadas.

11. Se procede a bajar el yunque y acomodar o retirar la probeta según sea el número de

estudios a realizar a la muestra.

Momento en que se realiza la

carga inicial sobre la probeta.





Valores Obtenidos

Ensayo Numero 1

Para el primer ensayo utilizamos una probeta de acero templado C45, de un diámetro igual a 37,8

(mm). Por la escala C a utilizar definimos una carga previa de 10 kp y un penetrador del tipo cónicode diamante de 120°, la carga total que se utiliza son 150 kp, y la lectura debe estar en un rango

de validez entre [20-70].

→ Se calibra la maquina con 150kp en la parte posterior donde se encuentra un sistema de

pesas, se procede a montar la probeta asegurando que el yunque tenga una superficie

limpia y sin daños.

→ Comenzamos a girar la rueda hasta llevar el yunque junto a la probeta hasta el penetrador

donde alineamos la aguja y el punto dejando la aguja más grande en el rango coloreado

que corresponde a su escala, con la ayuda del collar moleteado, dejando nuestro punto de

referencia, y liberando así la carga inicial de 10 kp.→ Luego, gracias a la liberación de la palanca de volteo, dejamos actuar la carga total de

150kp, logrando asi que la manivela comience a girar.

→ Esperamos a que la manivela vuelva al reposo, una vez esto, tomamos el tiempo entre 10

y 15 segundo para tomar lectura del dial de la máquina. Luego giramos la manivela en

sentido contrario de forma continua, sin sobresaltos, para retirar de forma suave la carga

total.

→ Este procedimiento se realizó en 3 oportunidades cuidando siempre de no colocar el

penetrador sobre una zona ya estudiada. Después de la primera medición, el penetrador

era separado de la probeta y reposicionábamos la probeta en otra zona sin huellas

anteriores. Los valores captados fueron; 59HRC

58HRC

57HRC

PROMEDIO: 58HRC

*EL PROMEDIO ESTA DENTRO DEL RANGO DE VALIDEZ DEL ENSAYO





Ensayo numero 2

Para el ensayo numero 2 utilizamos una probeta de ACERO DM3, cuya principal

característica es su alto nivel de dureza de 230 HB, es un acero para trabajos en caliente y que

exijan una alta resistencia térmico-mecánicas. El diámetro de nuestra probeta es de 31,75 (mm).

Utilizamos nuevamente la escala C, es decir, nuevamente la carga inicial son 10kp y la

carga total será 150kp. Luego realizamos la secuencia pasos anteriores, obteniendo tres medidas,

siendo las 3 de igual magnitud. Por lo tanto;

PROMEDIO: 48HRC

* VALOR DENTRO DEL RANGO DE VALIDEZ DEL ENSAYO.

Ensayo numero 3

Para este ensayo utilizamos una probeta de Acero SAE 1020, cuyo diámetro es de 31.95

(mm). Primeramente utilizamos la escala C, tal cual teníamos la maquina después de realizar los

ensayos 1 y 2. Ejecutamos los pasos correspondientes que definen el ensayo, y al momento de

tomar la lectura del dial nos percatamos que la magnitud de dureza Rockwell estaba fuera de su

rango de validez, por lo que concluimos que el material era muy blando, definiendo así que la

escala a utilizar será la B. Para esto debíamos cambiar el penetrador a Esférico, bola de acero de

1.588(mm) ó (1/16”). Además la carga total será de 100kp, aunque la inicial se mantenga en 10kp.

Posteriormente se llevaron a cabo las 3 mediciones;

88HRB

87HRB

89HRB

PROMEDIO: 88HRB

*VALOR DENTRO DEL RANGO DE VALIDEZ DEL ENSAYO.





Ensayo numero 4

En este ensayo utilizamos una probeta de Bronce, su diámetro tenía una magnitud de

31.65 (mm). Posteriormente definimos la escala a utilizar seria la letra K (aplicada sobre bronces y

cobre berilio), la cual precisa un penetrador bola de 1/8”, una carga previa de 10kp y una cargatotal de 150kp, por ende debíamos volver a calibrar el sistema de pesas en la parte posterior de la

máquina. El rango en el cual debía pertenecer la dureza es de [40-100]. Reanudamos las

mediciones una vez hecha la calibración, y obtuvimos la siguiente dureza;

72HRK


Luego sacamos peso dejando la carga principal en 100kp adoptando las medidas de la clase H,

donde se mantiene el tipo de penetrador bola de 1/8” pero varía su rango de validez, quedando

éste entre [58-100] utilizado principalmente para fundiciones de hierro, aleaciones de aluminio ymagnesio, entre otros. El valor obtenido en esta medición fue de;

91HRE


NOTA: Según el rango de esta medición, el valor obtenido es válido, aunque observamos que está

más cerca del límite superior del rango, dejando así una preferencia hacia la medición con la otra

escala, ya que su valor se encuentra en un intermedio del rango de validez del ensayo.

Ensayo numero 5

Para este ensayo utilizamos una probeta de Aluminio. Ésta tiene un diámetro de 25.4

(mm) y optamos por utilizar la escala E, la cual define una carga previa de 10kp y una carga

principal de 100kp, un penetrador de bola de 1/8” y, al igual que en el ensayo anterior, su

intervalo de validez esta entre [58-100]. Realizamos la secuencia de pasos apropiados y llegamos a

una magnitud de;

71HRE


Luego, retiramos parte de la carga principal, dejando sólo 60kp, definiendo así a utilizar la escala H

(utilizada para aluminio, Zn y Pb). Ésta escala define un rango de validez de [80-100] y el uso de un

penetrador de bola 1/8”. El valor obtenido en esta ocasión fue el siguiente;

94HRH






Para realizar una comparación entre los datos obtenidos durante los ensayos tomaremos

el promedio de cada una las mediciones. Luego a través de la tabla comparativa de durezas entre

las escalas B y C, tomaremos una escala común como lo es la escala de dureza Vickers o también a

través de la escala de dureza Brinelli (ver tabla 1 y 3).

Por otra parte, como el bronce y el aluminio lo realizamos con una escala E (HRE) podemos

compararla entre ambas. Prontamente, tomaremos como escala comparativa la escala de dureza

Brinelli y así obtener una noción general del material de mayor a uno de menor dureza.

*VER TABLAS COMPARATIVAS EN ANEXOS.

Tabla Comparativa de Fuerzas Para distintos Ensayos.

DUREZAS

MATERIAL ROCKWELL (HR) BRINELLI (HB) VICKERS (HV)

ACERO C45 58 HRC 601 (valor aprox. Ver tabla 3) 680 ( ver tabla 1 )

ACERO DM3 48 HRC 469 (valor aprox. Ver tabla 3) 500 ( ver tabla 1 )

ACERO SAE 1020 88 HRB 170 ( ver tabla 1 ) 170 ( ver tabla 1 )

BRONCE 91 HRE y 72HRK 60 (valor promedio)-Fluctúa entre [50-70] **

ALUMINIO 71 HRE y 94 HRH19 (valor promedio)-Fluctúa entre [15- 23]

Ver tabla 2) **

**No tiene sentido práctico el cálculo de dureza Vickers en materiales como el aluminio y bronce.

Luego podemos concluir a través de la tabla, lo siguiente;

a. Dureza Max: Acero C45

b. Dureza Min: Aluminio

c. Promedio Matemático ( calculado en escala BRINELLI):

d. Desviación estándar

σ = [(601- 267)2 + (486- 267)2 + (170- 267)2 + (60 - 267)2 + (19- 267)2 ]½ / 5

σ = 233.78 ≈234





Gráfico: “Durezas en escalas Comparativas” A través del siguiente gráfico podemos observar la variación de durezas

que existe entre las diferentes muestras (probetas) que utilizamos en el ensayo Rockwell. Estos a

la vez comparados por escalas similares a cierta conversión como lo son las escalas Brinelli y

Vickers. En los dos últimos gráficos, se representan las magnitudes de dureza Rockwell en la escala

C (aceros C45 y DM3) y E (Bronce y Aluminio) respectivamente.

Análisis de los valores Obtenidos y calculados

Datos obtenidos en ensayo n°1:

Los datos obtenidos en el primer ensayo (HRC59, HRC58, HRC57) medidos desde el

exterior al centro de la probeta (Acero C45), nos deja concluir lo siguiente:

La dureza va disminuyendo a medida que se acerca al centro.

El ensayo nos entrega un valor dentro del rango de validez, por

lo cual las medidas tomadas son confiables.

La dureza del exterior disminuye un 3.38% en el centro (Desde

59 a 57)

Su estructura interna es variable.

Probablemente su superficie no es totalmente lisa.

0

100

200

300

400

500

600

700

Dureza Viekers Dureza Brinell D. Rockwell Esc."C"

D. Rockwell Esc."E"

Acero C45

Acero DM3

Acero Sae 1020

Bronce

Aluminio

σ (Desv Estn.)





Datos obtenidos en ensayo n°2

En el segundo ensayo medimos una probeta de Acero DM3. En esta ocasión las tres

medidas nos dieron el mismo valor, por ende podemos concluir que:

El material estudiado tiene una estructura interna uniforme.

La dureza no varía a lo largo del radio de la probeta.

Su acabado superficial es óptimo.

El valor entregado es confiable ya que se encuentra dentro del intervalo de validez del

ensayo.


En este ensayo, tuvimos como muestra una probeta de Acero SAE 1020, primeramente

utilizamos la escala Rockwell C, en la cual nos dimos cuenta que estábamos utilizando la escala

inadecuada, ya que al realizar la primera prueba nos dio un valor fuera del rango de validez, por lo

tanto debíamos buscar una escala más efectiva para este caso. El primer valor obtenido fue 12HRC(rango de la clase C es [20-70]) siendo menor al límite inferior con una carga total de 150kp, por lo

que concluimos que era adecuado quitar en parte la carga Principal y dejar la escalaba B como la

adecuada (carga principal 100kp ) obteniendo en tres ensayos los siguientes resultados; 88HRB,

87HRB, 89HRB. Luego podemos concluir que:

Debido a que la magnitud varía desde el exterior, podemos concluir que su superficie no

es pareja

Su estructura interna no es uniforme


En el cuarto ensayo, estudiamos una probeta de bronce con dos escalas distintas. La primera fue

72HRK, luego obtuvimos 91HRE por lo que se concluye que:

Los dos rangos están dentro de su límite de validez, por ende son ambos confiables.

El primer valor obtenido (72HRK) se encuentra más cercano a la media del intervalo [40-

100], a diferencia del segundo ensayo el cual está más lejos de la media, sea el intervalo

de la escala E [58-100], por lo tanto se considera q es un valor menos preciso que el

anterior.





Datos obtenidos en el ensayo n°5

En este ensayo, el objeto de estudio fue una probeta de aluminio, que al igual en el ensayo

anterior, también se realizaron dos pruebas con dos escalas distintas. La primera fue 71HRE y la

segunda 94HRH, lo cual permite concluir lo siguiente:

Ambas pruebas obtuvieron magnitudes dentro del intervalo de validez de sus respectivas

escalas, por lo tanto son valores confiables ambos.

La escala E, en este caso, tiene mayor validez ya que su valor se encuentra mas cerca de la

media de su intervalo a diferencia del valor obtenido de la escala H.

Al ocupar la escala H utilizamos una carga principal menor que en la escala E, lo que

provoco una leve alteración en la medida y el valor obtenido fue muy cercano al limite

superior del intervalo de dicha escala [80-100].

Gráficos “Durezas v/s zonas medidas”

En los siguientes gráficos, se representa la variación de los datos obtenidos en los ensayos

1, 2 y 3, utilizando el ensayo Rockwell escalas C y B con respecto a la zona medida en la probeta.

Podemos observar que el acero DM3 no tuvo variación alguna en las zonas medidas a diferencia

de los otros dos aceros. Con respecto al acero C45 tiene una disminución continua de su dureza a

medida que se avanza hacia el centro. Por otra parte se observa que el Acero SAE 1020 tiene una

variación discontinua de su dureza.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Extremo Zona Media Centro

Acero C45

Acero DM3

Ac. SAE1020





Conclusión

Al finalizar la actividad podemos observar, en base a los resultados, la importancia real de

estos ensayos Rockwell siendo una de gran valor en este informe la investigación, ya que

obteniendo los resultados de cada ensayo, podemos establecer una correlación entre dureza y

alguna otra propiedad entre los diferentes materiales.

Por otra parte nos permite ofrecer un control de calidad, como por ejemplo al permitir

comparar los valores de durezas especificados al momento de alguna adquisición de materiales.

Por último, pero no menos importante, por medio de estos ensayos se puede comprobar la

efectividad de un tratamiento térmico realizado anteriormente a un material.

Para finalizar, es posible concluir que la realización de estos ensayos, no demanda gran

dificultad para realizarlos, aunque si un conocimiento previo del tema conversado, de la máquina y

procedimiento a seguir, además de contar con los materiales necesarios nombrados

anteriormente, como lo son las tablas y esquemas representados en este informe.





Anexos

1

2

Sistema de pesas, en la

parte posterior de la

máquina

Imagen de una pesa

Individual.





3

4

Dial de la máquina: Contiene las

dos agujas, la sección coloreada

en la parte superior, y las escalas

diferenciadas por colores para

lograr identificar las magnitudes.

Po: carga previa

P1: carga Principal.





5

6

Tipos de Probetas, Ordenadas de

izquierda a derecha; Aluminio, Ac.

1020, Bronce, Ac. DM3, Ac. DM3.

Esta imagen es de una escala

ubicada bajo el dial en la

máquina, y muestra las escalas a

utilizar(A, B, C, D, etc.),

definiendo así los penetradores

a utilizar y el color que se debe

tomar en cuenta en el dial una

vez hecha la medición

determinando la real magnitud

de dureza Rockwell.





Tablas

1

Ac. DM3

Ac. C45

Ac. SAE

1020





2

3

Observar

Valor de

Aluminio.

SAE 1020

C45

DM3





4





Bibliografía

Ensayo dureza Rockwell – Laboratorio de resistencia de materiales.

Profesor: Alfredo Gallardo 2013, Pontificia universidad católica de Valparaíso, Escuela

Ingeniería Mecánica. Apuntes Materiales ICM2312, Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile.

ASTM E18 ; “Ensayo de dureza Rockwell de materiales Metálicos”

ASTM E10-08; “Método de prueba estándar para determinar la dureza Brinell de

Materiales Metálicos”

Tablas de equivalencia : Pagina web referencial- www.ttbadia.com

Documents

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