Dureza rockwell y brinell

UNIVERSIDAD SANTO TOMASDIVISIÓN DE INGENIERÍAS

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAAsignatura: MATERIALES INDUSTRIALES I

Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)

Ensayo de Dureza Rockwell y Brinell


(7 de junio de 2016)

RESUMEN

El ensayo de dureza Rockwell no busca identificar la dureza de manera directa como otros ensayos, sino que busca un numero arbitrario el cual es inversamente proporcional a la penetración del indentador, la ASTM E 18-03 define como un método de ensayo por indentacion donde se fuerza un indentador cónico esferoidal de diamante o una bola de acero endurecido, en la cual se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones específicas.Prueba de dureza por penetración usando maquinas calibradas que ejercen una fuerza a un balín endurecido, bajo condiciones especificadas, sobre la superficie del material bajo prueba y midiéndose el diámetro de la huella resultante después de suprimir la carga.

Palabras clave – Dureza Rockwell, Numero de Rockwell, Dureza superficial de Rockwell, Indentador, dureza brinell, durometro brinell.

ABSTRACT

The Rockwell hardness testing does not seek to identify the hardness directly Como Other Essays, but seeks an arbitrary number which is inversely proportional to the indenter penetration, ASTM E 18-03 rule defined as a method indentation test where the United Nations Force spheroidal or conical indenter diamond a hardened steel ball, in which the permanent depth printing under specific conditions are measured.Penetration hardness test machines using Calibrated exerting a force hardened a pellet of the United Nations, under specified conditions, the surface of the material under test and measuring the diameter of the footprint Resultant After suppressing the load.

Keywords– Rockwell hardness number Rockwell, Rockwell Superficial hardness, indenter, Brinell hardness, Brinell hardness tester.

Materiales Industriales I - Ensayo No. 1, Grupo 3A, Febrero de 2016, pág.1 a pág.3



Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)Alejandro Corredor Rodríguez: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Brayan Camilo Casas Tangarife: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Diego Armando Gutiérrez Matiz: [email protected]. Estudiante de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás.Materiales

I. INTRODUCCIÓN

En este ensayo conoceremos la forma práctica de calcular la dureza brinell y Rockwell de acuerdo a los principios que ya se conocen en la industria los cuales nos facilitan este proceso, este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El inventador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno.

OBJETIVO GENERAL Calcular la dureza brinell y Rockwell que posee el acero 8620.

II.MARCO TEÓRICO

Ensayo Rockwell

TERMINOLOGIA [1]

1. Test de dureza Rockwell: 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.

2. Test de dureza superficial Rockwell: Igual que el test de dureza Rockwell exceptuando que es más corto y las fuerzas son usadas en una escala menos profunda.

3. Numero de dureza Rockwell: 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.

Para una indentador de diamante esférico cónico:

Dureza Rockwell=100− h0.002

Dureza Superficial Rockwell=100− h0.001

Para un indentador de bola:

Dureza Rockwell=130− h0.002





Dureza Superficial Rockwell=100− h0.001

4. El promedio de las mediciones de dureza está determinado por:

H= H 1+ H 2+H 3…+Hnn

Y su error es:E=H−Hstd

Donde Hstd es un promedio de dureza certificad, estandarizado según el material utilizado.

PRINCIPIO DEL TEST DE DUREZA ROCKWELL [2]

El test se divide en tres partes:1. El indentador es puesto en contacto con la probeta, se aplica un test preliminar de una fuerza

inicial, después de aplicar la fuerza inicial en un tiempo específico, se mide la profundidad de la base del indentador.

2. La fuerza en el indentador es incrementada adicionando una segunda fuerza. La fuerza total es colocada durante un tiempo específico.

3. La fuerza adicional es removida, retornando al primer paso, después de mantener esta fuerza durante un tiempo específico, la profundidad final de indentacion es medida, la dureza de Rockwell es obtenida de la diferencia de la distancia entre la profundidad final y la base, como se observa en la Figura1.

Figura1. Medición de la dureza Rockwell [3]

INDENTADOR [4]

Para el indentador el estándar ASTM E18-03 define las características que deben tener el indentador en caso de ser cónico esferoidal (Figura2) o simplemente una bola de acero





Figura2. Indentador cónico esferoidal de Rockwell [5]

Las bolas son similares a las del método Brinell y tienen los siguientes diámetros: ∅ 1/16”; ∅ 1/8”; ∅ 1/4”; ∅ 1/2”.

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL [6]

A partir de las combinaciones entre indentadores y cargas, es estándar ASTM E18-03 define 15 escalas diferentes junto con sus posibles aplicaciones (Figura3)

Figura3. Escalas de dureza Rockwell [7]

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)





Ensayo brinellMARCO TEORICO

Ensayo de Dureza Brinell.Prueba de dureza por penetración usando maquinas calibradas que ejercen una fuerza a un balín endurecido, bajo condiciones especificadas, sobre la superficie del material bajo prueba y midiéndose el diámetro de la huella resultante después de suprimir la carga. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método de dureza más antiguo. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3000 kilopondios. El valor medido es

El diámetro del casquete en la superficie del material. Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues

para valore superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido. Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.

Durómetro: es un dispositivo de medición para determinar la dureza de un material. Existen distintos tipos de durómetros de acuerdo a las diversas familias de materiales, habiendo posibilidad de medir dureza tanto a un caucho como a un acero. Si bien la palabra “durómetro” en el mundo anglosajón sólo se emplea para denominar al equipo para medir dureza Shore, en Latinoamérica es ampliamente utilizada para identificar a todos los bancos de ensayo de dureza que existen.

La dureza es una propiedad de los materiales. La mayoría de las enciclopedias la define como la resistencia a la penetración permanente bajo carga estática o dinámica que tiene un material, luego de realizarle varios ensayos. Por lo general, una dureza buena significa que el material es resistente a las ralladuras y al uso, característica muy importante en el caso del herramental usado en la manufactura. Existe estrecha correlación entre la dureza y la resistencia de un material.

Los primeros ensayos de dureza se basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más blando. Para ello se definió una escala llamada Mohs, cuyos valores van del 1 al 10, donde el 1 representaba al talco y el 10 al diamante.

Durómetro Brinell


http://www.demaquinasyherramientas.com/category/herramientas-de-medicion




Este método de medición de dureza fue propuesto en 1900 por el ingeniero sueco Johan Brinell y fue uno de los primeros ensayos de dureza que existió en el mundo.

En los ensayos de dureza Brinell, al igual que en los Rockwell, se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del material a ensayar. El penetrador es una bola de acero endurecido o de carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro. Las cargas normalizadas están definidas entre 500 y 3000 kg, incrementándose de a 500 kg. Durante el ensayo, la carga se mantiene constante durante un tiempo que va de entre 10 a 30 segundos. El número de dureza Brinell se denota HB (HBW si el penetrador es de carburo de tungsteno) y es función de la magnitud de la carga y del diámetro de la huella resultante. Este diámetro se mide con un microscopio y se convierte a un número HB específico usando la siguiente

fórmula:

Dimensiones del penetrador Brinell y fórmula para calcular el número de dureza HB

MAQUINA DE PRUEBA: El equipo para la prueba de dureza Brinell generalmente consiste de una máquina que soporta la probeta y aplica una carga predeterminada sobre un balín que está en contacto con la probeta. La magnitud de la carga está limitada dentro de ciertos valores. El diseño de la máquina de prueba debe ser tal que no permita un movimiento lateral del balín o de la probeta mientras sé está aplicando la carga.

PENETRADOR: El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10 mm de diámetro con una desviación de este valor no mayor de 0.005mm en el diámetro. Puede usarse el balín que tenga una dureza Vickers de por lo menos 850 usando una carga de 98 N (10 kgf)en materiales que tengan una dureza no mayor de 450 DB o un balín de carburo de tungsteno en materiales con una dureza no mayor





de 630 DB. La prueba de dureza Brinell no se recomienda en materiales que tengan una dureza mayor de 630 DB.

El balín debe ser pulido y estar libre de defectos; en las pruebas de investigación o de arbitraje debe informarse específicamente el tipo de balín empleado cuando se determinen durezas Brinell que sean mayores de 200.

MICROSCOPIO DE MEDICION

Las divisiones de la escala micrométrica del microscopio o de otros dispositivos de medición que se usen para medir el diámetro de la huella, deben permitir una medición directa en décimas de milímetro con una aproximación hasta 0.02 mm. Este requisito se aplica únicamente al diseño del microscopio y no es un requisito para la medición de la huella.

ESPESOR

El espesor de la probeta debe ser tal, que en la cara opuesta a la de la prueba no quede huellas u otras marcas de esta. En cualquier caso el espesor de la probeta debe ser cuando menos 10 veces la profundidad de la huella.

ACABADO

Cuando menos la superficie sobre la cual se va a aplicar la carga debe estar limada, esmerilada o pulida con un material abrasivo, de tal manera que las orillas de la huella estén claramente definidas para













III. PROCEDIMIENTO

Para obtener la dureza Brinell de la superficie de un material se presiona contra la probeta una bola de acero con determinado diámetro D. La bola se mantiene algún tiempo bajo la carga P. Luego de retirada la carga se miden dos diámetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio de los diámetros (d) y los otros valores se sustituyen en la fórmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Brinell. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones más.

PROCEDIMENTO INDUSTRIALMAGNITUD DE LA CARGA DE PRUEBA: La carga para la prueba de dureza Brinell estándar es de

3000kgf 1500kgf o 500kgf. Es deseable que la carga de la prueba sea de tal magnitud que el diámetro de la huella este entre 2.5 a 6.00 mm.

No es obligatorio el que la prueba cumpla estos intervalos de carga pero debe tomarse en cuenta que pueden obtenerse diversos valores de Dureza Brinell si sé varia la carga a la especificada usando un balín de 10 mm.

Para materiales más blandos en ocasiones se ocupan cargas de 250kgf, 125kgf o 100kgf. La carga usada debe anotarse en los informes.

ESPACIAMIENTO DE LAS HUELLAS: La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta o a la




Alejandro Corredor Rodríguez (A. Corredor), Brayan Camilo Casas Tangarife (B. C. Casas), Diego Armando Gutiérrez Matiz (D.A. Gutiérrez)orilla de otra huella debe ser cuando menos tres veces el diámetro de la misma.

APLICACIÓN DE LA CARGA DE PRUEBA: La carga de prueba debe aplicarse a la probeta lenta y uniformemente.

Aplicar toda la carga de prueba por 10 s a 15 s excepto para ciertos metales blandos (suaves.)

MEDICION DE LA HUELLADIÁMETRO

En la prueba deben medirse dos diámetros de la huella perpendiculares entre sí. Y su valor promedio se usa como base para calcular el número de dureza Brinell, estas mediciones comúnmente son tomadas con un microscopio portátil a bajos aumentos que tiene una escala fija en el ocular.

IV. RESULTADOS

Como antes habíamos mencionado, se utilizó un pequeño dispositivo (durómetro) que dejaba caer una pequeña esfera, la cual dependiendo cuanto rebotara y con ayuda de un pequeño sensor incorporado, media la dureza Rockwell y Brinell.Existen diversas tablas para poder convertir Rockwell a Brinell y viceversa, estas tablas varían dependiendo del tipo de dureza a calcular o estudiar.Los resultados obtenidos del durómetro son:Dureza Brinell Dureza Rockwell85 43.282 40.387 45.681 39.482 40.8

Realizando un promedio de cada una de las mediciones, se obtiene que la dureza Brinell es igual a 83.4 y la dureza Rockwell 41.86Consultando en páginas distribuidoras de aceros, como ACEFER y CGA, se puede apreciar que en las fichas técnicas del 8620 la dureza Brinell oscila entre 140-180. Si se toma como valor teórico 140 se obtiene un error de:

E=140−83.4140

∗100

E=40.43 %Este porcentaje es en cierta medida elevado, pero considerando el trabajo realizado en el torno y el lijado que se le hizo a la probeta, se puede decir que es un error coherente al trabajo realizado.Para un análisis mucho mayor y para verificar la certeza y precisión del durómetro, se decidió realizar un análisis de datos estadístico, de esta manera se podría conocer en qué medida están dispersos los datos. Para esto se buscará la desviación estándar, esto con el objetivo de saber que dispersión tiene los datos lo cual nos proporcionara información acerca de la exactitud del durómetro.Con ayuda de Excel se obtuvo que la desviación estándar de una muestra es para la dureza Brinell 2,51 y para la dureza Rockwell 2,52. Cabe resaltar que cuanto más se acerque al promedio, se tiene una desviación mucho mayor, o también podemos considerarlo como un error o incertidumbre de las medidas tomadas. Como quiera que se interprete la conclusión es la misma, las medidas o datos tomados son bastante precisos y exactos, lo cual indica el correcto funcionamiento de la máquina, e indica que el error obtenido es a causa del acabado que se realizó.





V.CONCLUSIONES

Consultando en páginas distribuidoras de aceros, como ACEFER y CGA, se puede apreciar que en las fichas técnicas del 8620 la dureza Brinell oscila entre 140-180. Si se toma como valor teórico 140 se obtiene un error de:

40.43 %

En la dureza Brinell se obtuvo una desviación 2,51 y para la dureza Rockwell se obtuvo una desviación de 2,52.

VI. REFERENCIAS

[1] ASTM E18-03, “Terminologia”, Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials, 2010.

[2] ASTM E18-03, “Principio del test de Dureza Rockwell”, Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials, 2010.

[3] CALLE T. G., HENAO C. E., DUREZA ROCKWELL, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALESGUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[4] CALLE T. G., HENAO C. E., “Indentador”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALESGUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[5] CALLE T. G., HENAO C. E., “Indentador cónico esferoidal de Rockwell”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALESGUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[6] CALLE T. G., HENAO C. E., “Escalas de dureza Rockwell”, LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALESGUÍA DE LABORATORIO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2009.

[7] ASTM E18-03, “Escalas de dureza Rockwell”, Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials, 2010.

AnexosFicha tecnica acero 8620

http://sisa1.com.mx/pdf/Acero%20SISA%208620.pdf


Engineering

Dureza rockwell y brinell