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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME DE LABORATORIO N° 02

ENSAYO DE DUREZA

Curso

:

Ciencia de los Materiales (MC 112)

Profesor

:

Ing. Edwin Bejarano

Sección

:

«J»

Alumno s

:

BALDEÓN ORTIZ DENNIS (20131041G) FLORES ARTEAGA IVÁN (20132596B) GARCÍA NÚÑEZ MAYKOL (20131275H) GUARDIA ECHENIQUE MIGUEL (20131074B)

Rímac, mayo de 2014

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INTRODUCCIÓN

Cada material en nuestro entorno posee características únicas que como ingenieros necesitamos conocer. En cada proyecto diseñado, no podemos utilizar cualquier material que aparente cumplir con el propósito que necesitemos; sino más bien, debemos tener la plena seguridad de que dicho material soportará la función que designemos sobre él. La dureza es una de las propiedades absolutamente necesarias para la utilización de los mismos.

Debemos tener en cuenta que existen varios métodos para determinar la dureza de un material, todas ellas no son comparables entre sí. Solo si son pertenecientes a un método podremos comparar la dureza. En el presente informe se utilizara la medición Rockwell y Brinell. El primero consta de varias escalas, mientras que el segundo se basa en un cálculo, en función a ciertos elementos explicados más adelante.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS FUNDAMENTO TEÓRICO DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIO OBSERVACIONES CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

4 5 10 12 14 15 16 17

3

OBJETIVOS



Conocer la dureza de materiales ampliamente usado en la industria como el aluminio, bronce y acero.



Comprender el uso de equipos de medición del laboratorio



Entender que una muestra no es homogénea, para tal caso veremos diferentes mediciones de dureza.

4

FUNDAMENTO TEÓRICO ENSAYO ROCKWELL En los ensayos de dureza Rockwell, las unidades de dureza se establecen por la medida de la profundidad, e, de la huella de acuerdo con el modelo: HR = A - e (mm)/0.002

El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos:

a)Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del ensayo Brinell. En la tabla se observan diámetros y cargas normalizados para este tipo de ensayos. En este ensayo, el parámetro A de la expresión 2.50 es 130.

Esp ecificación de penetrador y carga en los distintos en sayos de dureza Rockwell.

b)Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de vértice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100 y 150 kilogramos.

c)Pequeños espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes, chapas delgadas o también sobre capas endurecidas, cementadas o nitruradas. 5

En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas cargas especificadas en la norma, 3 kilogramos de precarga y 15, 30 o 45 kilogramos de carga. Se conoce este tipo de ensayos como Rockwell superficial.

La denominación de la dureza Rockwell ensayada es por escalas, de A a L, que identifica la precarga, carga y tipo de penetrador.

Con el objeto de obtener ensayos reproducibles, la máquina obtiene el valor "e", por incrementos de las cargas aplicadas de acuerdo con la secuencia siguiente, figura 2.40: a)

Aplicación de una carga previa, F0 = 10 kg. Esta sirve para tomar una referencia h0, independiente del estado superficial.

b)

Aplicación de la sobrecarga de ensayo, F1, con lo que se alcanza h1.

c)

Eliminación de la sobrecarga F1, con lo que se recupera la deformación elástica y se conserva la remanente. La profundidad alcanzada es h.

d)

La profundidad de la huella viene definida por: e = h - h0

ESCALAS DE ROCKWELL

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En la presente tabla se indica la carga, el penetrador y los materiales con las que se relacionan dichas escalas

Dureza Brinell

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Se denomina dureza Brinell a una escala de medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.

Durómetro

Fórmula aplicada Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:

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donde: : carga a utilizar medida en kp. : diámetro de la bola (indentador) medida en [mm]. : diámetro de la huella en superficie en [mm]

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DESCRIPCION DE LOS MATERIALES

Datos de la Máquina:     

Nombre: Durómetro digital Rockwell Fabricado por: MITUTOYO Tipo: HARDNESS TESTER Modelo: ATK – F1000 Tipo de Máquina: Máquina de Ensayo de Rockwell

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Datos de la máquina  

Precisión: 0.005 mm Marca: Avery Dennison



Fabricación: Inglesa

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Probetas:     

Aluminio Bronce Cobre Acero 1020: LISO Acero 1045: CORRUGADO

Personal técnico: Encargado del ensayo TÉCNICO ABRAHAM TAPIA

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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO Ensayo Rockwell 1. Asegurarse que la probeta tenga ambas caras paralelas, para que al presionar no haya fuerzas axiales, que hagan inexacto al resultado. 2. La superficie debe ser pulida 3. Determinar qué escala es la adecuada para la probeta 4. Colocar la probeta, en el panel digital seleccionar la escala y señalar la carga e indicar el penetrador a usar 5. Esperar a que la maquina automáticamente nos muestre su dureza 6. Hacer tres veces en cada cara de cada probeta la experiencia

Panel digital de la máquina Ensayo Brinell Es un ensayo de penetración. En el ensayo Brinell son usadas bolas de acero templado de diferentes diámetros. Para materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En este ensayo que vamos es utilizando una maquina calibrada que ejerce una carga a un balín de acero de 10 milímetros de diámetro, 14

con una fuerza de 500 kg. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Para hallar la superficie donde se va a hacer la prueba debe estar pulida. 1. Se coloca la probeta (en este caso de aluminio) sobre la base de la máquina, en posición y lista para su contacto con la billa. 2. Se aplica la carga de prueba a velocidad muy baja durante unos 15 segundos aproximadamente, después se retira la carga de manera gradual.

Luego de tener la huella se mide con microscopio de medición para medir el diámetro de la huella.

DATOS RECOGIDOS Y RESULTADOS En el ensayo Rockwell

PROBETA ALUMINI O

ESCAL A E

COBRE

E

BRONCE

G

CARA SUPERIOR 1 2 3 47. 54. 54.

CARA INFERIOR 1 2 3 45. 50. 57.

3 95.

4 94.

1 96.

8 97.

2 55

3 51.

4 55.

5 54.

4 93 47

4 99. 9 54 15

ACERO 1020 ACERO 1045

B B

80. 3 98. 2

8 80.

3 82.

4 85.

81.

80.

3

7

98

98

4 99.

8 97.

4 95.

1

8

8

Tabla con los datos obtenidos en los 30 ensayos realizados

En el ensayo Brinell Se hicieron tres pruebas, en la primera el diámetro fue de 4.34 mm; en la segunda, 4.11 mm y en la tercera, 4.31 mm

Se debe hacer uso de la fórmula:

Donde P = 500x9.806 = 4903 Para el primer caso: 315.01 HB Para el segundo caso: 353.23 HB Para el tercer caso: 319.65 HB

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OBSERVACIONES 

Cuando de obtiene diferentes mediciones, uno debe basarse en el resultado estadístico de la moda para saber su dureza en la medición Rockwell



En el ensayo con la probeta de acero 1045 se seleccionó primero la escala C, dando como dureza 17.7, por lo que concluimos fue una mala escala y pasamos a la siguiente (Escala B)



No en todas las probetas pudimos obtener una moda.



No todas las probetas tenían caras paralelas y totalmente planas



Hubo una equivocación del operario porque la billa y la carga no pertenecía a la escala seleccionada por lo que se obtuvo una incorrecta medición. (ensayo 1, probeta cobre, cara opuesta)



En el ensayo Brinell solo aplicamos una fuerza de 4903 kilopondios

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CONCLUSIONES 

El ensayo Rockwell permite indicar la dureza a una gran cantidad de materiales debido a sus diferentes escalas



El uso de esta máquina es muy sencillo y la lectura de la dureza es inmediata, esto es, sin necesidad de hacer algún calculo previo.



Para poder saber que escala emplear, es necesario saber el material del cual está hecho la probeta



El tiempo necesario para el funcionamiento completo de la maquina está en orden de los segundos; lo que permitió hacer los treinta ensayos al cabo de minutos.



Si la lectura es de números negativos entonces utilizar otra escala pues sería incorrecta dar dicho número como dureza



El ensayo Brinell se usa para materiales blandos comprendidos hasta los 600 HB

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RECOMENDACIONES 

Tener presente que para la medición Rockwell se aplica una fuerza vertical, por lo que es necesario que el plano (el cual será penetrado) sea perpendicular a dicha fuerza.



Se recomienda utilizar una escala en la que la medida este comprendida en el rango de 20 a 100, si da un valor inferior o superior debemos utilizar otra escala.



Luego de seleccionar la escala debemos tener cuidado de tener la billa y carga correspondiente a dicha escala.



En los ensayos en una misma probeta, debemos realizar cada medición con una separación para que la huella anterior no afecte el nuevo resultado.



En el ensayo Brinell debemos esperar a que la maquina deje de funcionar para que podamos tener una huella correcta sobre la probeta.

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