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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PRÁCTICA No.-04

1. TEMA: “ENSAYO DE DUREZA” 2. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERAL -

Conocer el procedimiento y los equipos involucrados en la determinación de la dureza en escala Brinell

OBJETIVOS ESPECÍFICOS -

Determinar la dureza Brinell que tiene un pedazo de ballesta elíptica (paquete) y comparar estos resultados con obtenidos anteriormente en dureza Rockwell Analizar los resultados obtenidos basados en los datos mostrados por la máquina en el laboratorio y los obtenidos manualmente

3. MATERIALES -Mandil

-Máquina medidora de dureza(Durómetro)

- Placa de muestra pedazo de paquete -Indentador de

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-Banco de lijas (con lijas de 240, 320 y 400 Atomizador granos/pulgada2)

-

Micrómetro

-Guantes de cuero

-Entenalla

4. MARCO TEÓRICO

4.1.1. DEFINICIÓN DE 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 ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.

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4.2. DETERMINACIÓN DEL ÁREA DEL CASQUETE ESFÉRICO

El área del casquete esférico es de: Debido a la dificultad para la medición de h (Profundidad de indentación), debemos expresarla en función de los diámetros de la bola D y de la huella d. Aplicando el teorema de Pitágoras: (

)

( )

( )

√ Se debe tomar sólo la solución con signo negativo debido a que es imposible obtener un ⁄ Sustituyendo: √

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4.3. NORMA ASTM E-10 El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un 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

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:

√

(

)

] HBS para los casos en que se utilice bola de acero HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno El carburo de tungsteno es un compuesto cerámico formado por tungsteno y carbono. Pertenece al grupo de los carburos con composición química de W3C hasta W6C En la práctica se usa la siguiente fórmula de trabajo: (

[

√

)

Dónde: D = es el diámetro de la bola en mm, F = es la carga aplicada en kgf, y d = es el diámetro medio de la indentación en mm. El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones: Diámetro de la bola (D): 10 mm Carga (F): 3000 kgf Duración de la carga (t): 10... 15 s En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota sin ningún sufijo. Ejemplo: 220 HB

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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 constante de la relación de la carga respecto al cuadrado del diámetro de la bola (obsérvese la fórmula de dureza), es decir,

Se toma esta relación igual a 30, 10 y 2,5 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. Ejemplo: 63 HB 10/500/30 Esta notación indica una dureza Brinell de 63 medida con una bola de 10 mm de diámetro y una carga de 500 kgf aplicada durante 30 s. Para la escogencia de la relación de carga y la correspondiente combinación de diámetro de bola y carga a aplicar se poseen tablas ampliamente conocidas. Se muestran en el las tablas tomadas (con algunos cambios y adiciones), Se debe tener sumo cuidado en que el diámetro de la huella esté entre el 24% y 60% del diámetro de la bola. Es decir, para las condiciones estándar (bola de Æ10 mm), el diámetro de la huella debe estar entre 2,4 y 6 mm. En la literatura se considera que la huella “ideal” es de d= 0,375 D. 4.3.1. TABLA DE LA SELECCIÓN DE LOS GRADOS DE FUERZA

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4.3.2. TABLA DE SELECCIÓN DE DIÁMETROS Y MAGNITUD DE FUERZA

4.4. CONSIDERACIONES TEÓRICAS – PRÁCTICAS Para obtener la dureza Brinell de la superficie de un material se presiona contra la probeta una bola de acero con determinado diámetro D. La bola se mantiene algún tiempo bajo la carga P. Luego de retirada la carga se miden dos diámetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio de los diámetros (d) y los otros valores se sustituyen en la fórmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Brinell. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones más. El estándar ASTM E 10 presenta las siguientes exigencias a las máquinas de medición de dureza Brinell: el diseño debe ser tal que se excluya cualquier mecimiento o movimientos laterales del indentador o de la probeta durante la aplicación de la carga. En las máquinas que usan pesos muertos, para la aplicación de la carga deben evitarse las sobrecargas al momento de la aplicación de la fuerza causadas por la inercia del sistema. 4.4.1.1.

PROBETAS

El estándar ASTM E 10 presenta las siguientes exigencias a las probetas usadas para la medición de la dureza Brinell: para evitar que el efecto de la indentación aparezca en el lado opuesto de la probeta, el espesor de ésta debe ser al menos 10 veces más que la profundidad de la indentación. 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. 4.4.1.2.

INDENTADORES

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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.

Las bolas de carburo de tungsteno deben tener una dureza Vickers (HV) de al menos 1500 (actualmente no se recomiendan bolas de acero). La prueba de dureza Brinell no se recomienda para materiales que tengan una dureza superior a 650 HBW. Las bolas deben estar excelentemente pulidas y libres de defectos en su superficie. Las bolas no deben sufrir deformaciones residuales más altas que las indicadas en la tabla. 4.4.1.3.

MICROSCOPIO

Según el estándar las divisiones de la escala del microscopio u otros aparatos de medición utilizados para la medición del diámetro de la huella deberán ser tales que permitan la medición del diámetro de 0,1 mm y la estimación del diámetro a 0,05 mm

4.4.2. TRATAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE DATOS Los datos de diámetro de cada impronta, tomados en direcciones perpendiculares, se promedian y mediante la fórmula de trabajo,

( √ ) Se determina la dureza Brinell. Para obtener un dato consolidado se promedian las durezas obtenidas en todas las indentaciones de cada probeta. Este número se redondea hasta unidades enteras (tres cifras significativas). Los resultados se presentan escribiendo la notación estándar correcta. Ejemplo: Probeta de acero: 221 HB 2,5/187,5/15 4.4.3. SEGURIDAD

Existen una serie de requisitos que los estudiantes deben cumplir a fin de ofrecer estabilidad, equilibrio y prevención en el laboratorio.

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4.4.3.1.

PARTES DE ACCIDENTES

Siempre que ocurre un accidente, por pequeño que éste sea, hay que realizar un informe sobre el mismo. En consecuencia todos deben estar completamente informados sobre que se debe hacer en casos de un accidente, para actuar correctamente cuando sucede un accidente. 4.4.3.2.

COMPORTAMIENTO EN EL LABORATORIO

En algunas ocasiones podemos estar tentados a distraernos mediante alguna broma inofensiva. En el laboratorio cualquier broma es peligrosa y puede conducir a un accidente. La mayoría de las áreas de trabajo son razonablemente seguras si se trabaja con las debidas precauciones, pero esta seguridad se pierde en cuanto se abandona la actitud correcta. 5. PROCEDIMIENTO a) Nos equiparnos de manera correcta cada estudiante con su mandil y guantes para manipular la probeta b) Quitamos el exceso de irregularidades e impurezas de una de las superficies de la probeta hasta dejarla parcialmente sin irregularidades este procedimiento lo podemos realizar con por cada lija de la más fuerte a la más débil limpiando las impurezas con agua ya que estas pueden dejar rayones en la probeta que pueden ser difíciles de borrar pudiendo retrasar el pulimiento de la probeta. c) Vamos a la máquina de medición de dureza, y para realizar la práctica necesitamos una fuerza de 1471 N.

d) Colocamos en la máquina el identador de bola de acero para realizar la práctica

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e) Colocamos la placa (probeta) para empezar con la practica

f) Subimos la probeta con la manija hasta que la escala se aproxima a 100 en el lado izquierdo, cuando este en un valor próximo con la perilla dejamos la escala exactamente en 100 (este procedimiento se lo realizara siempre que se realice una practica de dureza Brinell

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g) Aplicamos la precarga moviendo la palanca hacia nosotros la cual tiene una señal que indica que el movimiento debe finalizar.

h) Esperamos hasta que se nivele y una vez nivelada aplicamos la carga

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i) Colocamos la probeta en una superficie estable para no tener problema al momento de tomar las medidas y enceramos el micrómetro manual.

j) Vamos a realizar tres mediciones uno por cada estudiante como se especificó en el marco teórico y encerando el micrómetro después de realizar cada medición

6. CONCLUSIONES - Los métodos de dureza por indentación presuponen la presencia de esfuerzos de contacto, por lo tanto la dureza puede ser cuantificada como tal y la manipulación del micrómetro hizo que la práctica de dureza Brinell sea mas tediosa 11

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En la práctica de dureza Rockwell C obtuvimos una dureza de 46HRC y en la práctica Brinell con la misma probeta se obtuvo una dureza de 448HB Existen errores que se pueden explicar debido a que las mediciones de dureza Brinell se las hace manualmente lo que produce cambia su precisión

7. RECOMENDACIONES Se recomienda realizar la huella lo más cerca del centro de gravedad ya que mientras más lejos este su valor cambiara. Se recomienda abstenerse totalmente de realizar cualquier tipo de broma mientras se realice algún tipo de trabajo en el laboratorio en especial cuando se está tomando valores con el micrómetro. No manejar ninguna maquina sin la supervisión de los ingenieros a cargo del laboratorio 8. BIBLIOGRAFÍA 8.1. CALLE, Gabriel Guía de Laboratorio UTP Laboratorio de Resistencia de materiales pag 1-7 8.2.

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9. ANALISIS Los tres resultados obtenidos fueron:

1er val. 2º val. 3er val.

Diámetro 1,7 1,8 1,85

Obteniendo un promedio de 1,3783mm

Diámetro

1er val. 2º val. 3er val.

Las tablas de dureza Brinell no indican diámetros de impresión menores a 1.445mm, por lo que se realizaran aproximaciones. Nuestro diámetro de impresión es de 1,378mm por lo que la dureza Brinell aproximada es de 448HB (este valor es mucho mayor al real por lo que la en la comparación de valores con la dureza Rockwell habrá mucha diferencia) Aplicando la tabla de conversión de dureza (cabe recalcar que esta no es aplicable a aceros austeníticos.), la práctica realizada anteriormente fue de dureza Rockwell C obteniéndose una dureza de 46HRC y realizada la práctica Brinell en la misma probeta se obtuvo una dureza de 448HB, en las tablas de conversiones para dureza de 46,3 HRC se especifica una dureza de 442 HB Estos errores se pueden explicar debido a que las mediciones de dureza Brinell se las hace manualmente lo que compromete mucho su precisión La apreciación de cada estudiante al momento de operar el micrómetro no es la misma 13

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La superficie la probeta es cóncava y la huella se la realizo muy lejos de su centro de gravedad lo que altera su valor al momento de realizar la huella con el durómetro.

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