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• Jhonatan Ramos

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DUREZA BRINELL FUNDAMENTO TEÓRICO Para el desarrollo de la experiencia que debemos tener claramente la definición de dureza:

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 o penetrador), de determinada forma y dimensiones. Un análisis de la anterior definición nos lleva a las siguientes conclusiones: 1) la dureza, por definición, es una propiedad de la capa superficial del material, no del material en sí; 2) los métodos de dureza por indentación presuponen la presencia de esfuerzos de contacto, por lo tanto la dureza puede ser cuantificada como tal; 3) el indentador o penetrador no debe sufrir deformaciones residuales.

DUREZA BRINELL Según el estándar ASTM E 10-78 es aquel método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga.

Puede generarse por depresión

O por craterización

Figura 1: didáctica

Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie de la huella:

HB 

D 2

P ( D  D2  d 2 )

ECUACIÓN 1

Como también la siguiente formula

HB 

Donde

P D f

ECUACIÓN 2

D  Diámetro de la bola. d  Diámetro de la huella. f  Pr ofundidad de penetracion de la bola.

MÉTODO ESTANDAR:

El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones: Diámetro de la bola (D) :

10 mm

Carga (P):

3000 kgf

Duración de la carga (t):

10 ... 15 s

TABLA 1

DENOMINACION DE LA DUREZA BRINELL En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota sin ningún sufijo. Ejemplo:

220 HB Esta notación indica una dureza Brinell de 220 bajo las condiciones estándar arriba nombradas. (10/3000/15). Si por alguna razón no pueden aplicarse las condiciones estándar es posible aplicar cargas menores y utilizar indentadores esféricos de diámetros menores (estas mediciones no se consideran como estándar). En este caso la obtención de resultados comparables de los ensayos exige la observación del criterio de semejanza que para el caso dado corresponde a la constancia de la relación de la carga respecto al cuadrado del diámetro de la bola (obsérvese la fórmula de dureza), es decir,

P=KxD

P: Carga en kg. K: Factor de acuerdo al tipo de material. D: Dímetro de la bola

FACTORES DE CARGA Hierro y aceros...................... …………. K = 30 Cobre, bronce y latones........................... K = 10

TABLA 2

Aleaciones ligeras, aluminio................... K = 5 Estaño y plomo..................... ………….. K = 2,5

Se toma esta relación según la naturaleza y dureza supuesta del material investigado.

En el caso de realizarse el ensayo bajo condiciones distintas a las estándar y atendiendo a la consideración anterior, la dureza Brinell se denota también como HB, pero con la adición de sufijos que indiquen el diámetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicación de la misma.

HB (D/P/T)

D: diámetro de la bola en mm. P: la carga en Kg. T: el tiempo de duración del ensayo en seg.

Así por ejemplo:

HB (10/3000/30)

DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE CARBONO Se puede obtenerse aproximadamente el contenido de carbono, para ACEROS AL CARBONO, si se conoce la dureza Brinell, mediante la fórmula:

ECUACIÓN 3

INDENTADORES.

La bola estándar para el ensayo de dureza Brinell debe tener 10 mm de diámetro con una desviación no mayor de 0,005 en cualquiera de los diámetros. Las bolas más pequeñas tienen diámetros y tolerancias como se muestra en la siguiente tabla. Diámetro de la bola [mm] Tolerancia [mm] desde 1 a 3 incluido

 0,0035

más de 3 hasta 6 incluido

 0,004

más de 6 hasta 10 incluido

0,0045

PROCEDIMIENTO

Para obtener la dureza Brinell de la superficie de una fundición de aluminio de perfil grueso se realizó los siguientes cálculos: 1. Se aproxima la muestra con al indentador mediante la mesa con un giro antihorario, luego para presiona la muestra con una bola de acero con un diámetro determinado de

10 mm.se accionó la palanca 1 la

cual es responsable del accionamiento hidráulico para la fuerza.

2. La bola se mantuvo un tiempo bajo la carga P cuyo tiempo fue 15.8 s

3. Luego de retirada la carga volviendo la palanca a su posición inicial, se miden dos diámetros, con ayuda de un microscopio. Se debió tomar el valor medio de los diámetros (d) pero solo se trabajó con la horizontal el cual es 4.210mm. MAQUINARIA DE MEDIDA. En el ensayo Brinell se usó el siguiente escleroscopio: MARCA

A-D AVERY DENISON LIMITED LEEDS LSIOZDE ENGLAND CODIGO DE LA MAQUINA: 6403/D/T84298 CAPACIDAD:

3000 Kgf

PROCEDENCIA:

INGLATERRA

MATERIAL UTILIZADO: Se usó una fundición de aluminio de perfil grueso, con las dimensiones .

4.210mm

75.9mm 17.65mm 11.8mm

CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Hallando la dureza Brinell Usando la derivación de la ecuación 1:

HB 

D 2

P ( D  D2  d 2 )

Dónde: Como estamos trabajando con aluminio viendo la tabla 2 (k = 5) Reemplazando:

HBalu minnio 

 10 2

5 x(10)2 (10  102  4.2102 )

la denominación es 340249HB (10/500/15.8)

= 34.249 HB

2. Hallando la profundidad Usando la ecuación 2:

HB 

P D f

Usando el resultado anterior se tiene:

5x(10) 34.249HB   x10x f

2

f = 0.4647 mm

3. Comparando con tablas y % de error Viendo la tabla de dureza respecto a la huella dejada Diámetro de la huella 4.21 mm

Dureza Brinell (P=3000Kgf) 205HB

Pero como hemos trabajado con P=500Kgf según tabla seria: Comparando: En laboratorio 34.249HB

Hallando el porcentaje de error:

Error es igual a 23.12%

En tablas 34.17HB

34.17HB

ANEXOS 1 TABLA DE DUREZA BRINELL RESPECTO A LA HUELLA DEJADA

La tabla esta relaciona para carga P = 3000Kgf

OBSERVACIONES  Al momento del accionamiento de la palanca se debio tener en cuenta el tiempo hasta que en la pantalla se manteniera, lo cual no fue exacto  La pesa que se uso, no se contrasto si era lo que indicaba la norma o lo que debe ser equivalente para trabajar con 500Kgf.  El monitor de la experiencia nos comento que el aceite hidraulico no estaba a tope, osea falta el llenado de este.  La media del diametro es la media tanto del diametro horizontal y vertical, pero en la experiencia solo se trabajo con la horizontal.  Por mas q se uso el microscopio este requiere de una aproximacion a la linea extrema, lo cual induce al error. CONCLUSIONES  Se pudo apreciar que la huella dejada es mas notoria comparable con los otros metodos de dureza.  Es el unico de los metodos en los que en su notacion va el intervalo de tiempo como tambien en el procedimiento dependiendo del material como muestra la siguiente tabla.

MATERIAL Hierros y aceros Cobre, bronces y latones Aleaciones ligeras Estaño y plomo Materiales muy blandos

TIEMPO 10 a 30 segundos 30 segundos 60 a 120 segundos 120 segundos 120 segundos

 Se produjo un margen de error lo cual es justificacle por: 

La muestra ya presentaba deformacion, lo cual de cierta manera perturba las zonas alredor.



El tiempo en que estuco con la carga no fue según tablas.



La medida del diametro por mas que fue en un microscopio siempre prodece margenes de error.



En el uso del peso muerto para la aplicación de la carga no se comprobó si estaba en la medida indicada para no generar las sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la inercia del sistema.

 Se constato mientras mas pulida la superfice, mas notoria es la huella.  Las dimensiones del perfil de aluminio cumplia con los intervalos de prueba según norma

RECOMENDACIONES  El diseño de la maquina debe excluir cualquier mecimiento o

movimientos laterales del indentador o de la probeta durante la aplicación de la carga por ende deben estar bien ajustadas.  En la máquina que uso un peso muerto para la aplicación de la carga

debe contrastarse que esta se la medida indicada para no generar las sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la inercia del sistema.  Cuando sea necesario la superficie debe ser lijada y pulida de manera

que se observen con claridad los bordes de la huella en el momento de la medición con la precisión necesaria.  Se debe tener cuidado de no sobrecalentar la superficie en los procesos

de pulimento.