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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENERIA FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

CURSO: Ciencia e Ingeniería de Materiales TEMA: Dureza Brinell (INFORME N°4) PROFESOR: Díaz Saravia, Jean Carlo GRUPO: “4” INTEGRANTES:         

Apaza Saavedra, Gabriel Tadeo Chuman Avila, Victor Joel Cochon Oviedo, Ximena Alessandra Flores Zavala, Miguel Angel Galdos Postigo, Alexandra Maria(Encargada del grupo) Navinta Ticona, Taella Zulieth Ponce Pichuilla, Julio César Vélez Soto, Paola Arianne Villanueva Aquino, William AREQUIPA_PERU 2020

ÍNDICE GENERAL I. GLOSARIO:...................................................................................................................1 II. OBJETIVOS...................................................................................................................2 III. MARCO TEÓRICO:.......................................................................................................3 IV. MATERIALES DE TRABAJO......................................................................................4 Materiales..........................................................................................................................4 Herramientas......................................................................................................................4 Equipo................................................................................................................................5 V. PROCEDIMIENTO:.......................................................................................................7 VI. RESULTADOS Y ANÁLISIS:.......................................................................................7 VII.

CONCLUSIONES:................................................................................................10

VIII.

RECOMENDACIONES:.......................................................................................11

IX. ANEXOS.......................................................................................................................11 ANEXO 01: DUREZA BRINELL EN ALGUNOS MATERIALES………………11 ANEXO 02: HISTORIA DEL ENSAYO DE DUREZA BRINELL……………….12 ANEXO 03: MEDICIONES DE LAS HUELLAS EN EL ENSAYO DE DUREZA BRINELL…………………………………………………………………………….12 ANEXO 04: EJERCICIOS ADICIONALES BRINELL………………………….…12 X. BIBLIOGRAFIA:.........................................................................................................14

I. A

GLOSARIO: Lija……………………………… ………5

Aceros…………………………… …...3, 4 Aleación………………………… ……... 4

P Promedio………………………… …… 10

ASTM…………………………… ….…...3 Aumento………………………… ……....6

D Dureza Brinell…...2, 5, 10, 11, 12, 13, 14 Desmineralizada………………...... ..........5 Desgaste………………………… ……3, 7

Probeta…………………………4, 5, 8, 11 Pieza……………………………… 3, 6, 11 Piseta…………………………… …….5, 6 R Resistencia……………………… ……3, 4 S

E Equipos de protección personal (EPP)…..5 Ensayo………6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14  I Indentador……………………...… 3, 6, 11 L

SAE………………………………. ..4, 8, 9

II.   

OBJETIVOS

Conocer el método Brinell para determinar dureza de metales y aplicarlo en esta práctica. Identificar las partes del microscopio para visualizar la huella. Realizar los cálculos necesarios para hallar la dureza Brinell del material.

III.

MARCO TEÓRICO:

El ensayo de dureza Brinell es una prueba de dureza de indentación usando una máquina verificada para forzar una penetración (bola de carburo de tungsteno con diámetro D), bajo condiciones específicas, en la superficie del material bajo prueba. (ASTM E 10-18, 2018). En los ensayos de dureza Brinell, así como en las durezas Rocwell, se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del metal a ensayar. El número de dureza Brinell (HB) es una función de tanto la magnitud de la carga como del diámetro de la huella resultante. Este diámetro se mide con una lupa de pocos aumentos, que tiene una escala graduada en el ocular. Los requerimientos de espesor de la muestra, de posición de la huella (relativa a los bordes de la muestra) y de separación mínima entre huellas son los mismos que en los ensayos Rockwell. Además se necesita una huella bien definida, lo cual exige que la superficie sobre la cual se realiza la huella sea perfectamente lisa. (Callister & Rethwisch, 2016). La dureza Brinell (HB) se calcula partiendo de la fuerza F (en N) y del diámetro de la bola:

D= Diámetro de la bola en mm. F= Carga aplicada en Kgf. d= Diámetro de la indentación en mm. Grados de carga o fuerza es la relación entre la carga o fuerza aplicada y el diámetro del indentador de bola al cuadrado. (F/D² en Kgf/mm²)

Figura 1: Nomenclatura para el ensayo Brinell

IV.

MATERIALES DE TRABAJO

Materiales •

Probetas cilíndricas de 1” de diámetro de los siguientes metales: o Aluminio. o Acero. o Bronce.

Imagen 1: Probeta cilíndrica

Herramientas • Lijas al agua N° (100, 220, 400, 600 y 1000). Se trata de productos abrasivos que necesitan estar en contacto con el agua, antes del lijado, para tener un mejor desempeño, estas lijas se clasifican según al número de grados y las que usaremos en la práctica son: N° (100, 220, 400, 600 y 1000).

Imagen 2: Papel de Lija al agua • Piseta con agua. Es un frasco cilíndrico de plástico o de vidrio con pico largo, que se utiliza para contener algún solvente, por lo general agua destilada o desmineralizada.

Imagen 3: Piseta con alcohol etílico y agua destilada

Equipo • Indentador En este ensayo de dureza utilizaremos un indentador esférico de carburo tungsteno de 2.5mm. • Plataforma Sirve para situar la muestra o la pieza a la que se le va a tomar la dureza. • Lente de aumento El principal objetivo de este material es aumentar el tamaño de la pieza que se realizó la dureza para así poder tener datos más cercanos al real.

Imagen 4: Máquina para ensayo Brinell

Equipo de protección personal • Lentes de protección Son un tipo de anteojos protectores que normalmente se usan para evitar la entrada de objetos, agua, o algún producto químico a los ojos. • Mandil protector Es una prenda protectora externa que cubre principalmente el frente del cuerpo, puede utilizarse por razones higiénicas o para proteger la ropa contra el desgaste y el desgarro. • Zapatos de seguridad Es un calzado especial que se suele utilizar en diferentes actividades laborales como equipo de protección personal, diseñado para resguardar a los laborantes de diferentes riesgos destinados a la protección de dedos de los pies.

Imagen 5: EPP

V.

PROCEDIMIENTO:

En esta práctica comenzó con la introducción al ensayo de dureza brinell, el ingeniero mencionó que sigue siendo un ensayo destructivo y no muy diferente al ensayo de dureza Rockwell que se trabajó la clase pasada, mientras que en el ensayo rockwell los resultados nos lo dan directamente del instrumento de trabajo en el ensayo brinell tenemos que realizar ciertos cálculos para poder dar con el resultado que queremos y ya después de eso el proceso vendría a ser muy similar al de rockwell. En este momento de la práctica pasamos a observar los diferentes videos que nos ayudaran a saber mucho más de este ensayo de dureza brinell y todas las ecuaciones que nos ayudaran y también veremos un segundo video que nos mostrará el ensayo en sí que se realizará en nuestro campus de universidad si estuviéramos en forma presencial. Al término de los videos el ingeniero nos explicó algunas dudas que tuvimos sobre cualquiera de los videos para así no haya dudas a la hora de hacer el informe respectivo, además el ingeniero enfatizó en los cuidado y las precauciones a las cuales tenemos que poner más atención para evitar estropear nuestro informe. Ese fue el procedimiento que tuvimos en la práctica de ensayo de dureza brinell.

VI.

RESULTADOS Y ANÁLISIS:

Resultados

Tabla 1: Dureza Brinell de los materiales ensayados Fuente: (Alfred, 2018)

A continuación, colocaremos la notación de la dureza: 

Notación de la dureza del Aluminio

NOTACION: 53 HB 10/31.25/10 

Notación de la dureza Brinell del acero

NOTACION: 195 HB 10/187.5/15 

Notación de la dureza Brinell del bronce

NOTACION: 124 HB 10/62.5/10

Análisis del resultado: En los resultados obtenidos la dureza del acero es mayor a la del bronce con valores de 195 y 124 respectivamente, también es mayor a la dureza del aluminio, asimismo podemos ver que de los tres materiales el que presenta una menor dureza brinell es el Alumino con una dureza de 53.

Actividades Encargadas 1. ¿Por qué es más utilizada la dureza Brinell que Rockwell o Vickers para metales? Se usa más Brinell ya que durante un ensayo de dureza de Brinell se apliquen unos 3.000 kilopondios de fuerza perpendicular. También se debe tomar en cuenta que las medidas de la escala son susceptibles a la preparación que sufra la superficie. Y para concluir este mecanismo tiene la particularidad de resultar mucho más económico que otros similares. 2. Una pieza de acero se ha sometido al ensayo de dureza Brinell. Sabiendo que el diámetro de la bola es de 10mm y que el diámetro de la huella es de 4mm, hallar la dureza de la pieza. DATOS:

D=10 mm d=4mm K=30 Kg/mm2 para materiales como el acero F=K x D2 F=30

Kg x 100 mm2 2 mm

F=3000 Kg HB=

HB=

2F πD( D−√ D 2−d 2 ) 2 ( 3000 ) 2

10 π ( 10−√ 10 −4

HB=228,77

2

)

Kg mm2

3. Para determinar la dureza Brinell de un material se ha utilizado una bola de 5mm de diámetro y se ha elegido una constante de 30 (grado fuerza), obteniéndose una huella de 2.3mm. de diámetro. Calcular: i.

Dureza Brinell de material.

ii.

Profundidad de la huella. DATOS: D=5mm d=2,3mm K=30 Kg/mm2 F=K x D 2 F=30 x 52 F=750 Kg

i. HB=

HB=

2F 2

πD ( D−√ D −d

2

)

2 ( 750 ) 5 π ( 5−√ 52−2,32 )

HB=170,40

Kg mm2

ii. f=

D−√ D 2−d 2 2

f=

5− √52−2,32 2

f =0,28 mm

VII. 





•

CONCLUSIONES:

Según datos bibliográficos que tenemos podemos concluir que el aluminio tiene una dureza de 25 a 30 HBN y en la experimentación sacamos una dureza promedio de 0.85/53.4 HBN sobrepasando a los datos bibliográficos, suponiendo que el material tratado se ha sometido a algún tipo de tratamiento alterando los resultados. Con respecto al acero según los datos experimentales el acero posee una dureza promedio de 1.08/195 HBN, a lo cual podemos concluir que el acero con el que se hizo el ensayo es un acero duro con un porcentaje menor de carbono, puesto que los datos bibliográficos nos dicen que el acero duro tiene una dureza de 210 HBN. Finalmente, el tenemos al bronce con una fuerza de 0.79/124 HBN según datos experimentales, según datos bibliográficos se tiene una dureza de 100 HBN en conclusión podemos decir que los datos se acercan, pero siempre existen problemas cometidos en el ensayo o en el material que crean incertidumbre en los resultados. Poder manejar, conocer que es el ensayo de dureza brinell, como trabaja este ensayo y cual motivo con el que se utiliza. Esto será muy importante a la hora de trabajar con materiales, ya que es la manera de conocer una de las propiedades más características

de muchos materiales y por lo cual se toma la decisión de la implementación de ellos en un gran proyecto. •

Los valores de dureza Brinell son comparables si tienen la misma carga aplicada y el mismo tiempo en la penetración; este ensayo es aplicado para materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas.

•

Aprendimos a utilizar el procedimiento de dureza Brinell para determinar la dureza del material, en este caso utilizamos tres materiales que son el Acero SAE 1020 y Acero SAE 1045 y el bronce.

VIII.

RECOMENDACIONES:

• Las caras de la probeta deben ser lo más planas y paralelas posibles, la penetración debe estar alejado de los bordes de la probeta. • Las penetraciones deben estar alejadas por el diámetro del indentador. • Solo se permite trabajar de un lado de la cara de la probeta ya que podría fallar el ensayo. • Saber la importancia de las tablas según el diámetro del penetrador, la fuerza aplicada y el tipo de acero o material. • Tener cuidado al tomar los valores de las tablas de constantes del material y de igual manera el diámetro del indentador. • Ser cuidadoso al momento de que la probeta toque el indentador, y no olvidar el tiempo que tarda el ensayo (15 segundos). • Para que el ensayo salga bien; la huella no debe tener realces, que el diámetro medido de la huella es mayor que el de la huella normal, ni rebajes, que el diámetro medido es menor que el de la huella normal. • Para comprobar que el ensayo esté bien, el diámetro de la huella debe ser mayor a 0.25 por el diámetro del penetrador y menor a 0.5 por el diámetro del indentador.

IX.

ANEXOS

 ANEXO 01: DUREZA BRINELL EN ALGUNOS MATERIALES

Figura 1: Dureza Brinell en algunos Materiales  ANEXO 02: HISTORIA DEL ENSAYO DE DUREZA BRINELL Las pruebas de Dureza Brinell se iniciaron en Suecia en el año 1900 por el Dr. J.A. Brinell. La prueba se usa para materiales metálicos y normalmente se aplican fuerzas entre 5000 y 30000 N con bolas de diámetro entre 5 y 10 mm. Para materiales más blandos como la madera y la guadua se usan fuerzas más pequeñas y en países europeos se usa una fuerza de 600 N con una bola de 10 mm de diámetro Los valores de Dureza Brinell en unidades de MPa para metales están normalmente entre 50 a 750 MPa, pero para madera oscilan entre 20 y 50 MPa. En promedio.

 ANEXO 03: MEDICIONES DE LAS HUELLAS EN EL ENSAYO DE DUREZA BRINELL En las secciones anteriores se comentó, que para poder hallar la dureza de los materiales, es necesario hacer mediciones sobre las huellas dejadas por los distintos indentadores; en el caso de las huellas Vickers, las diagonales del cuadrado dejadas por el indentador de punta piramidal. Para este proceso se dispone de dos métodos ampliamente conocidos, ellos son: -Medición con regletas calibradas. -Adquisición y procesamiento de una imagen proyectada sobre una pantalla.  ANEXO 04: EJERCICIOS ADICIONALES BRINELL

1.-Si una pieza con una constante de proporcionalidad k =20 kp /mm2 se le somete a un ensayo de dureza Brinell, con un diámetro de la bola 8mm, se produce una huella con diámetro de 3mm. Calcular: a) Cuál es la carga aplicada. b) El área del casquete esférico que se produce. a) DATOS k =20 kp /mm2

F=k . D 2 F=20. 82=1280 kp

D=8 mm d=3 mm b) A=π . D ¿ ¿ A=π .8 ¿ ¿

2.-En un ensayo de dureza Brinell se ha aplicado una carga de 3000kp durante 15 segundos. El diámetro de la bola del penetrador es de 1 cm y el diámetro de la huella obtenida es de 4,5mm. a) Valor de la dureza Brinell y su expresión normalizada b) Calcular la carga que habrá que aplicar a una probeta del mismo material si se quiere reducir la dimensión de la bola del penetrador a 5mm a) HB=

HB=

F πD ( )¿ ¿ 2 3000 3,14 . 10 (10− √ ( 10 2−4,52 ) ) 2

HB=178,5 kp /mm2

b) k =30 kp /mm2 F=k . D 2 3000=k .10 2 F=30 .5 2 F=750 kp

X.

BIBLIOGRAFIA:



Dureza Brinell. (2015-2019). Recuperado de: https://www.rocasyminerales.net/dureza-brinell/



Ensayos de dureza de los materiales. (sin fecha). Recuperado de: https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html



Ensayo Brinell. (sin fecha). Recuperado de: http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4913/html/141_ensayo_b rinell.html



Muñoz, P. (2020). Medición de Dureza. Retrieved 2 August 2020, from https://www.academia.edu/38742907/Medici%C3%B3n_de_Dureza



Sandra, D., & Andres, R. (2019). Dureza de brinell. Retrieved 2 August 2020, from https://www.researchgate.net/publication/332627453_Dureza_de_brinell

Acerca del ensayo de dureza. (2001). Recuperado de: https://4c12442b-a-62cb3a1a-ssites.googlegroups.com/site/sergelio/assignments/equilibriosdeformaciondecomplejos/4.5 .1%20-%20Dureza.pdf? attachauth=ANoY7cpE7HWa1VFBFzEsaScjQI8DvJABKpf300E8SCUk1SeDsJYjpPfsB _TY_gEBZcJGrWqUiDSKtaCbr0RU3y5FPVvDfBs_NvDAsLY2HXh5LCu2bmJiHWw DiqZ6cjTaHSkwIOX09p-m0PvAWmMaKv8CvbliljmvqCDvb8Eq9GMYrea6renWHLZAzcKy2i2IV5FtfApAFPo75iYE3r1 MWWAcoFG0oyip_CiBBm9sucvKJCgIqVqTmxPyKtzuO2OBEa9ZW7vYX4Ruw2xDP fzGbQBZsL9ES_WRg%3D%3D&attredirects=1



Alfred, G. (2020). Ensayo de Dureza - Pruebas mecánicas sobre los materiales Acero, Bronce y Aluminio para los métodos Brinell, Rockwell y Vickers en el laboratorio — Steemit. Retrieved 2 August 2020, from https://steemit.com/stemespanol/@gerardoalfred/ensayo-de-dureza-pruebas-mecanicas-sobre-losmateriales-acero-bronce-y-aluminio-para-los-metodos-brinell-rockwell-y-vickersen