• Author / Uploaded
• Alex Alanoca Copari

Citation preview

CAPITULO I: INTRODUCCIÓN. INTRODUCCION La dureza es una propiedad mecánica comparativa y el ensayo es del tipo cuantitativo que permite determinar que material es más duro o blando que otro utilizando un patrón con una dureza determinada, hay varios tipos de dureza estos son: dureza a la penetración, dureza a la deformación, dureza al rebote o choque, dureza al corte, dureza abrasiva, dureza de tensión. Y para determinar la dureza existen distintos tipos de ensayo tales como: Ensayo de dureza Brinell, Ensayo de dureza Rockwell, Ensayo de dureza Vickers, Ensayo de dureza Knoop, Ensayo de dureza Shore. El presente informe fue realizado para determinar la dureza de penetración, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado.

CAPITULO II: OBJETIVOS. OBJETIVOS GENERALES - Realizar el ensayo de dureza a diferentes materiales de ingeniería, siguiendo el procedimiento adecuado. -

Interpretar los resultados del ensayo y explicar el comportamiento de los materiales ensayados según los requisitos del diseño.

-

Reconocer los diferentes métodos de medición y comparar sus ventajas y desventajas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. - Familiarizarse con los equipos de medición de la dureza. -

Lograr obtener los valores dureza.

-

Aprender a usar los equipos.

-

Reconocer el tipo de material.

CAPITULO III: MARCO TEÓRICO. 1. ENSAYOS DE DUREZA La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro. La resistencia se determina introduciendo un 0

cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de dureza se emplea la deformación permanente. En algunos casos, es necesario determinar las características mecánicas de los materiales sin llegar a su destrucción. También podemos determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de dureza. Podemos mencionar los tres tipos de ensayos de dureza más importantes: 

Dureza Brinell



Dureza Rockwell



Dureza Vickers



Dureza Knoop



Dureza Shore

2. DUREZA ROCKWELL Para los materiales duros se emplea como elemento de penetración un cono de diamante de ángulo 120º, y para los semiduros y blandos una bolita de acero De 1/16”, deduciéndose la fuerza Rockwell de la profundidad conseguida en la penetración. El cuerpo empleado para la penetración se hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de 10Kg. La profundidad de penetración alcanzada constituye el valor de partida para la medición de la profundidad de la huella. Después se aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada a la bolita (100Kg), bajándose nuevamente el valor previo. Se mide la profundidad de penetración que queda y en la escala del aparato se lee directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRC) cono o la Rockwell B (HRC) bolita.

3. DEFINICIONES 3.1.

NUMERO DE DUREZA ROCKWELL: Es un número obtenido por la profundidad de la huella; el cual proviene cuando se aumenta la carga sobre un penetrador desde una carga fija menor hasta una mayor, retornando después a la

1

carga menor. Los números de dureza Rockwell se expresan siempre con un símbolo de escala, que indica el penetrador y la carga utilizada. EJEMPLO: 60 HRC indica un valor de dureza Rockwell 60 medido en la escala C. MÁQUINA Y EQUIPO: La máquina de prueba consiste en un soporte rígido o yunque, sobre el que se coloca la probeta y un dispositivo que aplica las cargas prefijadas a un penetrador en contacto con la misma.

3.2.

PENETRADORES A) PENETRADOR DE DIAMANTE.

Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje debe coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas.

2

B) PENETRADOR ESFÉRICO DE ACERO. Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ±0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial. En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

4. PROCEDIMIENTO. 4.1.

APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: Debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar la carga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se obtiene cuando el indicador haya dado él número apropiado de revoluciones completas y quede dentro de 5 divisiones de la posición de ajuste en la parte superior de la carátula.

4.2.

APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionándola palanca de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca de operación de regreso a la posición original

3

dentro de los 2 segundos siguientes después de que su movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso. 4.3.

LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza Rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha quitado la carga mayor y mientras la carga menor aún está actuando. Estas lecturas se estiman a veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.

4.4. 

CONDICIONES DEL ENSAYO La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo etc.



El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la profundidad dela huella, y el ensayo no es válido si en la cara posterior a la del ensayo aparece una protuberancia.



Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis milímetros al del penetrador. Los valores de dureza resultan ligeramente inferiores a los valores reales.



La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la superficie de la probeta.

4

5. ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL En la tabla siguiente se indican las escalas de dureza Rockwell. De manera genérica, las escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S y V, son las empleadas en los ensayos para medir materiales gruesos, mientras que para materiales finos se emplearán las escalas: 15-N, 30-N, 45-N, 15-T, 30-T y 45-T.

Escalas de dureza Rockwell Símbolo de la escala

Indentador

Carga Principal (kp)

A

Diamante

60

B C D E F

Esfera de 1/16" Diamante Diamante Esfera de 1/8" Esfera de 1/16"

100 150 100 100 60

G

Esfera de 1/16"

150

H

Esfera de 1/8"

60

K

Esfera de 1/8"

150

15N

Diamante

15

30N

Diamante

30

45N

Diamante

45

15T 30T 45T 15W 30W 45W

Bola de 1/16" Bola de 1/16" Bola de 1/16" Bola de 1/8" Bola de 1/8" Bola de 1/8"

15 30 45 15 30 45

Aplicaciones Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas. Aceros recocidos y normalizados. Aceros tratados térmicamente. Aceros cementados. Metales blandos y antifricción. Bronce recocido. Bronce fosforoso y otros materiales. Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Bronce, latón y aceros blandos. Bronce, latón y aceros blandos. Bronce, latón y aceros blandos. Bronce, latón y aceros blandos. Bronce, latón y aceros blandos. Bronce, latón y aceros blandos. 5

6. DUREZA BRINELL Se comprime una bola de acero templada, de diámetro 2,5; 5 o 10mm, contra el material a ensayar con una fuerza P. Después de liberar la carga se mide el diámetro de la huella con un dispositivo amplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de: La fuerza del ensayo debe tomarse de magnitud tal que se forme una huella con diámetro d = 0,2.D a d = 0,7.D. Para materiales blandos y bolas de ensayo pequeñas, la fuerza del ensayo debe ser menor. Se calcula partiendo del grado de carga y del diámetro de la bola. El grado de la carga para el acero no templado y el hierro fundido es a = 30; para metales no férreos y sus aleaciones a = 10; para el aluminio y el cinc a = 5; para los metales de cojinetes a = 2,5; para el plomo y el estaño a =1,25. Se sabe experimentalmente que él número de dureza Brinell de casi todos los materiales está influenciado por la carga de penetración, el diámetro del balín y las características elásticas del mismo. En general debe usarse un balín de 10mm de diámetro y de una composición química adecuada, los resultados de las pruebas generalmente corresponden a los obtenidos con el balín de 10 mm de diámetro. Él número de dureza Brinell seguido del símbolo HB sin sufijos indica las siguientes condiciones de prueba. Diámetro del balín = 10 mm Carga = 3000 kg Duración de la carga = 10 a 15 segundos. 6.1. APARATOS Y EQUIPOMAQUINA 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 esta 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 se está aplicando la carga.

6.2.

PENETRADOR:

El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de10 mm de diámetro con una desviación de este valor no mayor de 0.005mm en el diámetro. La prueba de dureza Brinell no se recomienda en materiales que 6

tengan una dureza mayor de 630 HB. 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.

6.3.

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.

6.4.

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 menos10 veces la profundidad de la huella.

6.5.

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 permitir la medición del diámetro con la exactitud especificada. PROCEDIMIENTO MAGNITUD 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 sisé varia la carga a la especificada usando un balín de 10 mm. Para materiales más blandos en ocasiones se ocupan cargas de 250kg, 125kg o 100kg

6.6.

ESPACIAMIENTO DE LAS HUELLAS

7

La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta o a la orilla de otra huella debe ser cuando menos tres veces el diámetro de la misma.

6.7.

APLICACIÓN DE LA CARGA DE PRUEBA

La carga de prueba debe aplicarse ala probeta lenta y uniformemente. Aplicar toda la carga de prueba por 10 s a 15s excepto para ciertos metales blandos (suaves.)

6.8.

MEDICION DE LA HUELLA

DIÁMETRO: En la prueba deben medirse dos diámetros de la huellaperpendicu lares 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.

7. APLICACIONES 

El método de ensayo Rockwell es muy rápido de llevar a cabo (menos de 30 segundos) y fácil de realizar, y de una gran precisión, de manera que puede ser realizado por operarios no especializados.



Es un tipo de ensayo apto para todo tipo de materiales y para toda clase de piezas (redondas, planas, flejes, alambres…). Se usa para medir la dureza de materiales muy duros.



Al usar los indentadores más pequeños que el ensayo Brinell, las huellas que deja el ensayo Rockwell son casi inapreciables y las muestras pueden ser más delgadas e incluso puede realizarse después del rectificado.



Es un ensayo que no exige un pulido perfecto de las piezas a ensayar.



Las escalas de dureza Rockwell y Brinell se relacionan con tablas, como las que se muestran a continuación en los anexos y tablas que se incluyen en este tutorial.

8

CAPITULO IV: INFORMACION DEL EQUIPO 1. EL PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE LEEB El principio de dureza Leeb está basado en el método de rebote dinámico. Un cuerpo de impacto con una punta de prueba de metal duro es impulsado mediante fuerza de resorte contra la superficie de la pieza de ensayo. Cuando el cuerpo de impacto pega en la superficie de ensayo sucede una deformación de la superficie, lo cual causa una pérdida de energía cinética. La pérdida de energía es detectada por medio de la comparación de las velocidades de impacto y de Rebote vi y vr cuando el cuerpo de impacto está a una distancia exacta de la superficie tanto para la etapa de impacto como para la etapa de rebote del ensayo. Las velocidades se miden usando un imán permanente en el cuerpo de impacto el cual genera un voltaje de inducción en la bobina posicionada precisamente en el cuerpo de

9

impacto. El voltaje detectado es proporcional a la velocidad del cuerpo de impacto. 2. EL PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE ROCKWELL El principio de ensayos del Equotip Portable Rockwell se basa en el tradicional método de ensayos estáticos Rockwell. Durante las mediciones con la sonda Equotip Portable Rockwell, un indentador de diamante es forzado a penetrar la pieza de ensayo usando una fuerza controlada exactamente. La profundidad de indentación del diamante es medida continuamente mientras que una carga es aplicada y soltada. De las profundidades de indentación d1 y d2 registradas para dos cargas definidas se calculará la diferencia: Δ = d2 – d1. Lo mismo tradicionalmente se conoce como deformación plástica.

10

CAPITULO V: PARTE EXPERIMENTAL PARTE EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS DE RESULTADOS El material ensayado es cobre, en una probeta de dimensiones de 3cm de altura x 2.54 (1in) de diámetro como se muestra en la figura, previamente preparado, obteniendo superficies lisas, planas y paralelas para realizar el ensayo.

3 cm

2.54 cm (1”in)

En este ensayo el equipo utilizado es el durómetro portátil LEEB, en cual seleccionamos distintos aspectos para la medición los cuales se presentan a continuación: 

F1: dirección



F2: material



F3: escala de dureza



F4: número de datos

11

A. PARTES DEL DURÓMETRO  Medidor.  Dispositivo de impacto y accesorios (D/DC).  Portafolio de bloques de ensayo.  goma que sirve como un tipo de pegamento de la probeta al bloque.

B. SELECCIÓN DE LOS PARÁMETROS A ENSAYAR

12

1. F1: DIRECCIÓN: Seleccionar la dirección de impacto deseada y apropiada de acuerdo a la posición en la que se va a ensayar.

2. F2: MATERIAL: Seleccionar el material adecuado de acuerdo a la probeta que se tiene, en este caso nuestra probeta es de cobre (seleccionando aleación de cobre forjado).

13

3. F3: ESCALA: Elegir la escala de dureza deseada para el ensayo, teniendo como dato en cada escala el valor de rango de cada una. Nuestra probeta se ensayó en escala brinell HB.

4. F4: NÚMERO DE DATOS: Para nuestro ensayo se seleccionó 5 datos.

14

C. ENSAYO DE LA PROBETA DE COBRE

Como se presentó anteriormente, debemos seguir una serie de pasos para lograr un ensayo correcto: o Primero hacer un correcto montaje del durómetro. o Después se seleccionó adecuadamente los parámetros para la probeta, como se dijo anteriormente. o Para tener un mejor ensayo se usa una goma, que actúa como una especie de pegamento, el cual se unta sobre la probeta y la colocamos sobre el bloque. o luego se procede a tomar la primera medida con el dispositivo de impacto y para tomar la siguiente medida se recarga este dispositivo haciendo un ligero movimiento de arriba hacia abajo sobre ella. o El ensayo se terminó con la toma de 5 datos, haciéndolos en puntos distintos de la probeta.

15

16

D. ANALIZANDO LOS RESULTADOS OBTENIDOS Se presenta una tabla y grafico que muestra los resultados del ensayo.

N° de lecturas

HB 1 2 3 4 5

74 72 69 74 73

Promedio HB 72.4

17

Dato: para ensayar materiales delgados como laminas se utiliza el bloque de ensayo, como se dijo, o también se hace uso de un dispositivo de impacto especial que tiene agarre de gancho en caso el material sea como un techo por ejemplo.

CONCLUSIONES 

El durómetro portátil LEEB es un equipo muy práctico para el cálculo de la dureza de materiales, precisamente por el hecho de poderlo llevar a lugares donde un durómetro común sería casi imposible.

18



Se tiene una total garantía con los resultados obtenidos, debido a que este equipo cumple con todas las normas (ASTM, ISO, etc.) y los estándares de conversión (ASTM).



El equipo cuenta con una amplia precisión y rango en la medición, al igual que una amplia gama de escala de dureza (HV, HB, HRC, HRS, HS, etc.)



No todos los materiales pueden ser ensayados, debido al grosor o la posición de las láminas o placas en un ambiente como un techo, hace que el equipo no pueda ensayarlos y limita algunos usos de este en la industria.



En los tipos de ensayo de dureza como este son precisos y adecuados, a la cual se suma la facilidad del usuario al llegar a conclusiones pertinentes con el fin de obtener resultados eficaces sin necesidad de enormes maquinas.



Los resultados obtenidos por medio del durómetro portátil demuestran que su precisión es bastante exacta debido a que muestra el orden correcto de la dureza de cada uno de los materiales.



Los equipos para los ensayos de dureza portátil poseen varios comandos, la cual es posible escoger para los diferentes materiales como duro y semiduros, y a la vez seleccionar el tipo de ensayo de dureza la cual deseamos aplicar al material.

19