Practica Dureza Brinell

ENSAYO DE DUREZA BRINELL Fecha de Entrega: 8 de Junio Fecha de Realización: 01 de junio INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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ENSAYO DE DUREZA BRINELL Fecha de Entrega: 8 de Junio Fecha de Realización: 01 de junio

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Departamento de Laboratorios y Talleres Laboratorio: Ensaye de Materiales Unidad: ESIME Ticomán

Autores: • • •

Elías de Jesús Cruz García Víctor Rossano López Leonardo Andrés Ángeles Daza

Profesor de Asignatura: Antonio Mosqueda Sánchez Profesor de Laboratorio: Anaya Gallegos Grupo: 3AM3

David

CONTENIDO

Objetivos .....................................................................................................................1 Introducción .................................................................................................................1 Marco Teórico .............................................................................................................2 equipo utilizado ...........................................................................................................2 materiales ....................................................................................................................2 Desarrollo De La Práctica ............................................................................................3 Cálculos.......................................................................................................................4 Tabla 1: Dureza de Barra de Acero .........................................................................4 Tabla 2: Dureza de Placa de acero..........................................................................4 Tabla 3. Dureza de Placa de Aluminio 1 ..................................................................5 Tabla 4. Dureza de Placa de Aluminio 2 ..................................................................5 análisis de resultados ..................................................................................................6 tabla 5. Comparacion de durezas con bibliografía ...................................................6 Conclusiónes ...............................................................................................................6 Observaciones ............................................................................................................6 Bibliografia...................................................................................................................7

OBJETIVOS

• • • •

Interpretar la dureza como una propiedad mecánica que mide la resistencia a ser deformado. Medir y comparar la dureza de algunos materiales en el laboratorio como: el acero con distintos tratamientos térmicos. Establece el método de prueba para determinar la dureza Brinell en materiales metálicos Establece la técnica de verificación de las máquinas para la prueba de dureza Brinell, y la calibración de bloques patrón de la prueba de dureza INTRODUCCIÓN

La Dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. 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. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilogramos fuerza. 1

MARCO TEÓRICO

El ensayo de dureza mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro. La dureza es una medida de la resistencia de un metal a la deformación permanente (plástica). La dureza de un metal se mide forzando la indentación de un penetrador.

Tabla 01.- Algunas Características De Los Ensayos De Durezas

CALIBRACION: Determinación de los valores de los parámetros significativos por comparación con los valores indicados por un aparato de referencia o por un juego de patrones de referencia. BRINELL: Prueba de dureza por penetración usando maquinas calibradas que ejercen una fuerza a un balín endurecido, bajo condiciones especificadas, sobre la superficie del material bajo la prueba midiéndose el diámetro de la huella resultante después de suprimir la carga. NUMERO DE DUREZA BRINELL (DB): Numero relacionado a la carga aplicada y el área de la superficie de la huella hecha por un balín calculado a partir de: 𝐻𝐵 =

2𝑃 𝐷𝜋(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )

PENETRADOR BRINELL: El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10mm de diámetro, con una desviación de este valor no mayor de 0.005mm en el diámetro. Pueden emplearse balines más pequeños que tengan los diámetros y tolerancias indicadas. El balín debe ser pulido y estar libre de defectos. EQUIPO UTILIZADO

1. Durómetros marca Mitutoyo, modelo ABK-1, N° de series 10200,101127. 2. Ocular 20X con retícula graduada m (1dvision=0.05mm) 3. Penetrador de bola de acero de 10mm de diámetro MATERIALES

1. Barra de Acero al carbono sin tratamiento térmico 2. 2 placas de Aluminio comercial (6061) 3. Placa de acero sin tratamiento térmico. Ilustración 1. durómetro Brinell Mitutoyo ABK-1

Ilustración 2.- Barra de acero al carbono sin tratamiento térmico

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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1. Se verifico que el equipo de encontrará nivelado, por medio del nivel de burbuja. 2. Se ensayó primero la barra de acero, por lo que los parámetros para realizar esta fueron: Carga: 3000Kgf; Tiempo: 10 segundos 3. Colocamos una carga de 3000Kgf sobre la balanza, para esto colocamos 1 pesa de 500Kgf en cada brazo, así como una de 125Kgf en cada brazo (el brazo ya pesa 500kgf). 4. Hubo que asegurarse que la válvula de descarga de presión este totalmente cerrada, de lo contrario se cierra sin aplicar presión.

5. Para esta carga se colocó la barra de acero sobre el yunque. 6. Se giró la manija de elevación en sentido de las manecillas del reloj hasta que la barra hiciera contacto con el penetrador. 7. Subir y bajar la palanca de presión de una manera constante hasta que la aguja de la caratula del equipo llegara hasta 3000 Kgf. 8. Se sostiene la carga por aproximadamente 10 segundos, esto se logra manteniendo la aguja en el marcador de 3000 kgf haciendo los ajustes necesarios en la palanca. 9. Una vez pasado ese tiempo se gira la manija de elevación del yunque en sentido contrario a las manecillas del reloj hasta separar por completo la barra del identador. 10. Sacamos la barra a una superficie plana para poder medir los diámetros de la identación. 11. Con el ocular de 20X medimos el diámetro de la huella, la superficie debe estar bien iluminada 12. Giramos el ocular 90° y medimos el diámetro de la huella 13. Con la fórmula de Dureza Brinell se obtienen la dureza del material 14. Repetir el proceso para el aluminio tomando en cuenta los siguientes parámetros Carga: 500kgf; tiempo; 15 segundos.

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CÁLCULOS

TABLA 1: DUREZA DE BARRA DE ACERO Material

Diametro de la huella

Acero sin tratamiento térmico

Primera

Segunda

prueba

Prueba

3.9 mm

4 mm

2

2

2(3000𝑘𝑔𝑓 )

𝐻𝐵 =

=

Promedio

3.95 mm

235 𝐻𝐵

10𝑚𝑚 𝜋 (10𝑚𝑚 − √10𝑚𝑚 − 3.95𝑚𝑚 ) Para ensayar este acero se aplicó una carga de 3000 kgf este ensayo fue realizada por el profesor de laboratorio David Anaya Gallegos, como demostración para la siguiente prueba. Una vez realizada se calculó el promedio del diámetro de las huellas para posteriormente aplicar la formula. Para la determinación del acero por favor leer Análisis de resultados. TABLA 2: DUREZA DE PLACA DE ACERO Material

Diametro de la huella

Acero sin tratamiento térmico

Primera

Segunda

prueba

Prueba

4.2 mm

4.15 mm

Promedio

4.175 mm

𝐻𝐵 =

2(3000𝑘𝑔𝑓 ) 2

=

209 𝐻𝐵

2

10𝑚𝑚 𝜋 (10𝑚𝑚 − √10𝑚𝑚 − 4.175𝑚𝑚 ) Para ensayar este acero se aplicó una carga de 3000 kgf este ensayo fue realizada nosotros los alumnos, siguiendo la norma de seguridad de los pasos indicados por la práctica. Una vez realizada se calculó el promedio del diámetro de las huellas para posteriormente aplicar la formula Para la determinación del acero por favor leer Análisis de resultados. 4

TABLA 3. DUREZA DE PLACA DE ALUMINIO 1 Material Aluminio

Diametro de la huella Primera

Segunda

prueba

Prueba

2.2 mm

2.3 mm

2(500𝑘𝑔𝑓 )

𝐻𝐵 =

Promedio

2.25 mm

=

124 𝐻𝐵

2

2

10𝑚𝑚 𝜋 (10𝑚𝑚 − √10𝑚𝑚 − 2.25𝑚𝑚 ) Para ensayar esta prueba se utilzaron los parametros de carga en 500kgf, debido a que el aluminio es un material comunmente blando. Esta prueba fue realizada por los alumnos con el profesor supervisando la prueba.

TABLA 4. DUREZA DE PLACA DE ALUMINIO 2 Material Aluminio

𝐻𝐵 =

Diametro de la huella Primera prueba

Segunda Prueba

Promedio

2.9 mm

2.8 mm

2.85 mm

2(500𝑘𝑔𝑓 )

= 2

76𝐻𝐵

2

10𝑚𝑚 𝜋 (10𝑚𝑚 − √10𝑚𝑚 − 2.85𝑚𝑚 ) Esta prueba fue realizada por el profesor para explicarnos como debía realizarse la prueba para materiales mas blandos como este aluminio, las marcas mas grandes resultaron del mal uso del durometro al colocar una carga inapropiada.

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

TABLA 5. COMPARACION DE DUREZAS CON BIBLIOGRAFÍA MATERIAL

DUREZA OBTENIDA

CLASIFICACIÓN

BARRA DE ACERO

235 HB

Acero sin tratamiento térmico 1055

235 HB

PLACA DE ACERO

209 HB

Acero sin tratamiento térmico 1040

201 HB

PLACA DE ALUMINIO 1

124 HB

ALUMINIO 2024- T6

120 HB

PLACA DE ALUMINIO 2

76 HB

ALUMINIO 6061*

65 HB

ENCONTRADA

DUREZA BIBLIOGRÁFICA

*NOTA: Revisar observaciones CONCLUSIÓNES

El ensayo Brinell es usualmete utilizado para laminas o materiales no muy duros debido al indentador que tiene. Este tipo de ensayo es fácil de llevar a cabo, pero implica calculos matemáticos y el resultado de cada ensayo se tiene que obtener manuakmente. El ensayo Brinell es de amplia aplicación pues se puede utilizar tanto en materiales hechos placas como laminas blandas. Se conoció y aprendió a utilizar una máquina de dureza Brinell. Se logró determinar la dureza Brinell en la escala HB en los materiales seleccionados en laboratorio. Por la rapidez y sencillez de los ensayos se pueden efectuar numerosos en muy poco tiempo y así verificar la autenticidad de los resultados. OBSERVACIONES

Se encontró que el aluminio 5052-H34 tenía una dureza más aproximada con 70HB e incluso el aluminio 5052 en estado de HX6 tiene una dureza de 75HB lo cual es aún más próximo al resultado calculado en la práctica, sin embargo, el profesor señalo que el aluminio era de tipo comercial (6061) por lo que este dato se mantuvo para los resultados de la práctica.

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BIBLIOGRAFIA



Ing. Antonio Mosqueda Sánchez, Ing. Alfonso Espinosa Picazo. (S/A). MICROESTRUCTURA Y PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES. En Apuntes de Ingeniería de Materiales (12-16). ESIME Ticomán: N/A



Gonzales Arias, Ay Palazon, A. C. A., 1973, Ensayos Industriales. Ediciones Litenia



Davis, H. E, Troxell, G. E y Wiskocil, C. W.,1964 Ensaye e Inspección de los Materiales en Ingeniería. McGRAW-HILL



Santos E, Yenque D., J. Rojas O., Rosales U., V., 2001, Acerca del ensayo de dureza. Notas Científicas. INDUSTRIAL DATA (4) 2, pp 73-80.



Pelorosso, P. O. Metalografía y ensayo de Metales. Cesarini Hnos.



Low S.R., 2001, Rockwell Hardness Measurement of Metallic Materials. National Institute of Standards and Technology. U.S.



Franck S., 2005, Mobile Hardness Testing: Applications Guide for Hardness Testers. GE Inspections Technology.

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