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• Byron Guamán

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ENSAYO DE DUREZA BRINELL Marco teórico El Ensayo de Dureza Brinell, es el que se emplea para determinar la dureza de un material mediante la penetración en él de una esfera o bola de acero templado de determinado diámetro en la superficie que se ensaya, bajo una carga dada y durante determinado intervalo de tiempo. (ConceptioDefinición, 2018)

Figura 1. Método de medición de la Dureza Brinell El ensayo de dureza Brinell se desarrolló por primera vez a finales de 1800 por el ingeniero sueco que dio nombre a esta prueba. Su objetivo era encontrar un método que controlase la calidad/dureza del acero. Su solución consistió en utilizar un cojinete de bolas para vía férrea que golpease el material, pudiendo así medir el tamaño de la marca. El ensayo de dureza Brinell demostró ser un método fiable y en 1900 se adoptó oficialmente. En la actualidad, el ensayo Brinell se realiza con ayuda de una unidad de ensayo de dureza Brinell. La máquina presiona una bola de carburo de tungsteno sobre la muestra, y a continuación se mide ópticamente el diámetro de la impresión. (EcuRed, 2015)  Tamaños del penetrador: 1, 2,5, 5 y 10 mm  Cargas: Desde 1 kgf a 3000 kgf

 Dureza máxima: 650 HBW Ensayo de dureza para muestras de gran tamaño Ya que el ensayo de dureza Brinell (HBW) deja una impresión relativamente grande, se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular como, por ejemplo, los materiales forjados o de fundición. Información de interés HBW alude al carburo de tungsteno en los ensayos de dureza Brinell El carburo de wolframio (carburo de tungsteno) subraya que las nuevas normativas Brinell exigen el uso de bolas de carburo de tungsteno, en vez de las bolas de acero (más blandas) que se utilizaban anteriormente (HBS). Los valores diferirán a mayores durezas. Preparación de la superficie Antes de someter el material a la unidad de ensayo de dureza Brinell, éste debe haberse:  Mecanizado  Esmerilado  Lapeado  Pulido Cargas

Figura 1. Rango de cargas para las normas ISO Y ASTM E10

 Tiempo de indentación: 10-15 segundos  Grosor de la muestra según la norma ASTM: Como mínimo 10 veces la profundidad de la penetración  Grosor de la muestra según la norma ISO: Como mínimo 8 veces la profundidad de la penetración Métodos de ensayo de dureza Brinell más comunes Existen varios métodos de ensayo de dureza Brinell comunes, que responden a diferentes materiales y rangos de dureza. La mayoría de los métodos se puede realizar en cualquier máquina de ensayo de dureza Brinell. Los métodos Brinell suelen dividirse en 4 subgrupos (HB30, HB10, HB5, HB2,5); todos ellos adecuados para un grupo diferente de materiales.  Cada subgrupo tiene la misma relación de fuerza/diámetro (F/D2)  Las durezas medidas Brinell sólo pueden compararse dentro de los subgrupos individuales. Explicación  HBW 2,5/187,5: Bola de carburo de tungsteno de 2,5 mm Brinell y carga de 187,5 kgf.  HBW 5/750: Bola de carburo de tungsteno de 5,0 mm Brinell y carga de 750 kgf. Requisitos para el ensayo  Elevar gradualmente la carga hasta el valor requerido.  Mantener constante la carga aplicada P durante el tiempo establecido.  Aplicar el esfuerzo perpendicularmente a la superficie de la muestra.  El error permisible del esfuerzo P, no debe ser mayor de ± 1 %.  Las esferas que se emplean deben tener una dureza mayor a HBW = 850.  Las superficies de las muestras a ensayar, deben ser perfectamente planas y no deben presentar cambios de dureza a consecuencia de calentamientos, o endurecimientos por deformación en frío por elaboraciones mecánicas.  La distancia entre el centro de la huella y el borde de la muestra, no debe ser menor que 2,5 d, y la distancia entre los centros de dos huellas adyacentes, no debe ser menor de 4 d.

 La medición del diámetro de la huella se hace con ayuda de un microscopio con error no mayor que ± 0,01 mm en la menor división de la escala, y de ± o,02 mm en toda la longitud de la escala.  El diámetro de la huella debe medirse en las dos direcciones perpendiculares y se define como la media aritmética de las dos mediciones.  La diferencia de las mediciones de los diámetros de una huella no debe ser mayor que el 2 %. (Estruers, s.f)

Metodología Conceptualización del término “Dureza” y “Durómetro” y conocer los componentes del Durómetro Brinell. La dureza es una propiedad física de los materiales que consiste básicamente en la firme unión de las moléculas que la conforman, impidiendo así que cualquier otro objeto o sustancia lo raye, lo indente, o lo comprometa. La dureza se utiliza en como una magnitud en diversas áreas industriales en las que se requiere medir la capacidad de aguante o resistencia de peso que tienen diversos materiales para que se les dé un uso óptimo. El durómetro como su nombre lo indica es un instrumento de medición dedicado a hacer pruebas y a medir la dureza de diferentes tipos de materiales. Son capaces de medir materiales como metales, plásticos, cauchos, elastómeros, entre otros. Cuerpo

Dial

Indentador

Volante de transmisión de fuerza Plato de trabajo Cabestrante/Pa lanca de precarga

Figura 2. Descripción de los componentes del Durómetro Brinell

Desarrollo con respecto a la guía de práctica PASO 1. Determinación de la temperatura del ambiente. La temperatura de trabajo deberá ser de 23 °C ± 5 esto con el objetivo de realizar de manera correcta el ensayo de dureza, ya que, si se supera esta temperatura el material tiende a dilatarse lo que incurriría en una mala práctica y por lo tanto en datos erróneos.

Figura 3. Temperatura de trabajo para el ensayo de dureza PASO 2. Elección la probeta a realizar el ensayo de Dureza “Acero 760”

Figura 4. Probeta de Acero 760 aginada para el ensayo de dureza Brinell

Se debe recordar que, antes de someter el material a la unidad de ensayo de dureza Brinell, éste debió haberse:  Mecanizado  Esmerilado  Lapeado  Pulido PASO 3. Aplicación de una carga de 612.9 Kilopondios (612.9 Kg- fuerza) para la indentación de la bolilla en la probeta. Para el ensayo utilizaremos una bolilla de diámetro 10 mm.

Carga

Figura 5. Carga aplicada sobre la probeta de acero PASO 4. Regulación de las perillas que estén en su punto de partida.

Figura 6. Ajuste del “Dial” del durómetro PASO 5. Manejo de la palanca de transmisión de fuerza para la realización del ensayo, cuya carga es sostenida por un periodo entre 10 – 15 segundos.

Figura 7. Proceso de indentación en la probeta de acero PASO 6. Utilizando una lupa Brinell se procede a determinar el diámetro de la huella dejada en la probeta por el penetrador.

Figura 8. Medición del diámetro de la huella, posterior al proceso de indentación

PASO 7. Haciendo uso de la fórmula, se obtiene la dureza Brinell de la probeta con el diámetro medido.

Figura 9. Huella dejada por el indentador

Estado de resultados 1. Encontrar el valor de la dureza Brinell de cada material.

𝐻𝐵𝑊 = 0.102 ∙

2∙𝐹 𝜋 ∙ 𝐷 ∙ (𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )

Muestra 1 Diámetro obtenido: 0.6 mm

𝐻𝐵𝑊1 = 0.102 ∙

2 ∙ 612.9 𝜋 ∙ 2.5 ∙ (2.5 − √2.52 − 0.62 )

= 217.87

Muestra 2 Diámetro obtenido: 0.5 mm

𝐻𝐵𝑊1 = 0.102 ∙

Muestra 3

2 ∙ 612.9 𝜋 ∙ 2.5 ∙ (2.5 − √2.52 − 0.52 )

= 315.17

Diámetro obtenido: 0.5 mm

𝐻𝐵𝑊1 = 0.102 ∙

2 ∙ 612.9 𝜋 ∙ 2.5 ∙ (2.5 − √2.52 − 0.52 )

= 315.17

Muestra 4 Diámetro obtenido: 0.5 mm

𝐻𝐵𝑊1 = 0.102 ∙

2 ∙ 612.9 𝜋 ∙ 2.5 ∙ (2.5 − √2.52 − 0.52 )

= 315.17

Muestra 5 Diámetro obtenido: 0.6mm

𝐻𝐵𝑊1 = 0.102 ∙

2 ∙ 612.9 𝜋 ∙ 2.5 ∙ (2.5 − √2.52 − 0.62 )

= 217.87

2. Encontrar la profundidad de la huella de cada material h = Profundidad de la Huella [mm]

ℎ=

𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 2

Muestra 1 Diámetro obtenido: 0.6mm

ℎ=

2.5 − √2.52 − 0.62 = 0.0365 𝑚𝑚 2

Muestra 2 Diámetro obtenido: 0.5mm

ℎ=

2.5 − √2.52 − 0.52 = 0.0252 𝑚𝑚 2

Muestra 3 Diámetro obtenido: 0.5mm

ℎ=

2.5 − √2.52 − 0.52 = 0.0252 𝑚𝑚 2

Muestra 4 Diámetro obtenido: 0.5mm

ℎ=

2.5 − √2.52 − 0.52 = 0.0252 𝑚𝑚 2

Muestra 5 Diámetro obtenido: 0.6mm

ℎ=

2.5 − √2.52 − 0.62 = 0.0365 𝑚𝑚 2

Tabla 1. Dureza y profundidad obtenida para cada muestra (medición) de Acero 760 Acero 760 DUREZA

PROFUNDIDAD

BRINELL

DE HUELLA

Muestra 1

217.87 HBW

0.0365 mm

Muestra 2

315.17 HBW

0.0252mm

Muestra 3

315.17HBW

0.0252mm

Muestra 4

315.17HBW

0.0252mm

Muestra 5

217.87 HBW

0.0365 mm

Promedio:

276.25 HBW

0.297 mm

1.- ¿La Dureza Brinell se basa en la profundidad o en el diámetro de la huella? Argumente su respuesta. Como se puede observar en la formula, la dureza Brinell se basa en el diámetro de la huella, y la profundidad es otro parámetro que se puede obtener, pero no es un parámetro en la fórmula de la dureza. Análisis de la probeta de Acero 760 Comparar la dureza obtenida de cada material con los catálogos respectivos. Acero al carbono para maquinaria 760 = AISI 1045 Acero al carbono sin alear de esmerada manufactura, con buena tenacidad. Características en su alta uniformidad y rendimiento. Puede utilizarse en condición de suministro o con tratamiento térmico de temple y revenido. Aplicable a partes relativamente simples de máquinas. Dureza de suministro aproximada: 200 HB

Figura 10. Propiedades mecánicas y tratamientos térmicos para el Acero 760

Figura 11. Diagrama obtenido del proceso de temple, cuya finalidad es la de conseguir las características mecánicas deseadas

Figura 12. Diagrama obtenido del proceso de revenido, con el fin de aliviar las tensiones internas en el material

Gráfico de resultados

DUREZA BRINELL HBW

DURE ZA B RINE L L - ACE RO 760 315.17

350 300 250 200 150 100 50 0

217.87

Series1

0

0.01

0.02

0.03

PROFUNDIDAD DE HUELLA

0.04

CONCLUSIONES En el ensayo de dureza Brinell se observa que la dureza de la probeta es inversamente proporcional al diámetro de su huella, ya que a mayor diámetro la dureza será menor. Al momento de medir el diámetro de la huella no hubo mucha precisión, lo que afecto en la medición de la dureza, sin embargo, se determinó que la dureza para el Acero 760 es de 276.25 HBW con una profundidad de huella promedio igual a 0,297 mm.

RECOMENDACIONES Medir con precisión el diámetro de la huella en la probeta, porque un error de una décima puede cambiar la dureza en gran manera Las probetas que se utilicen deben estar normalizadas. Revisar si las maquinas a utilizar están calibradas correctamente. Aplicar el periodo de la carga correctamente para llevar a cabo el ensayo de la mejor manera

Bibliografía ConceptioDefinición. (2018). ConceptoDefincion. Recuperado el 19 de Noviembre de 2019, de https://conceptodefinicion.de/dureza/ EcuRed. (2015). EcuRed. Recuperado el 19 de Nomviembre de 2019, de https://www.ecured.cu/Ensayo_a_la_dureza_Brinell Estruers. (s.f). Estruers. Recuperado el 19 de Noviembre de 2019, de https://www.struers.com/esES/Knowledge/Hardness-testing/Brinell#findoutmore

Estruers. (s.f). Estruers. Recuperado el 19 de Noviembre de 2019, de https://www.struers.com/esES/Knowledge/Hardness-testing/Brinell#findoutmore