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• Humberto Torres Ruiz

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Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Laboratorio de Ciencia de los Materiales Reporte Ensayo de Dureza Brinell

Objetivos  

Establece el método de prueba para determinar la dureza Brinell en materiales metálicos Establece la técnica de verificación de las maquinas para la prueba de dureza Brinell, y la calibración de bloques patrón de la prueba de dureza

Introducción Esta norma mexicana involucra materiales, operaciones y equipos peligrosos, más no especifica las medidas de seguridad necesarias para su aplicación. En general, las dos fases de prueba estándar son: Las de verificación, investigación, o de arbitraje, cuando se requiere una mayor exactitud; Pruebas rutinarias, cuando no se requiere una mayor

El informe de prueba debe incluir los siguientes datos: a)

El numero de dureza Brinell

b) Las condiciones de prueba, cuando el numero de dureza Brinell, se determine usando una carga que no sea de 29 420 N (3 000 kgf) o balines con un diámetro diferente al de 10 mm o un tiempo de carga distinto al de 10 s a 15 s (ver 2.2.2). c) El tipo de balín que se empleo si el número de dureza Brinell del material excede de 200

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Marco de referencia Concepto Calibración

Prueba de Dureza Brinell

Definición 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. 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 prueba y midiéndose el diámetro de la huella resultante después de suprimir la carga. Numero relacionado a la carga aplicada y el área de la superficie de la huella hecha por un balín penetrador, calculado a partir de la siguiente ecuación:

√

Numero de Dureza Brinell, DB

Donde: P es la carga aplicada en Newton [n (kgf)*]; D es el diámetro del balín, en milímetros; D es el diámetro medio de la huella, en milímetros; * un 1 kgf = 9,806 65 n. El número de dureza Brinell seguido del símbolo DB sin sufijos indica las siguientes condiciones de prueba. Diámetro del balín Carga Duración de la carga

Prueba Estándar

10 mm 29 420 N (3000 kgf) 10 s a 15 s

Para otras condiciones, el número de dureza y el símbolo DB se complementa por los números que indiquen las condiciones de prueba en el siguiente orden: diámetro del balín, carga y duración de la carga.

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Marco de referencia Concepto

Maquina de prueba

Intervalo de carga

Penetrador (balín) Brinell

Microscopio de medición

Definición Consiste de una maquina que soporta la probeta y aplica una carga predeterminada sobre un balín que está en contacto con la probeta. La magnitud de la carga está 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 esté aplicando la carga. Una maquina de prueba de dureza Brinell para investigación o de arbitraje es adecuada para usarse cuando su error no exceda de 1 % de su intervalo de carga, y cuando se emplea para pruebas de rutina el error no debe exceder de 2 segundos de su intervalo de carga. El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10 mm de diámetro, con una desviación de este valor no mayor de 0,005 mm 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; 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. 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 milímetros con una aproximación hasta 0,02 mm. Este requisito se aplica únicamente al diseño del microscopio y no es un requisito para medición de la huella.

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Material y equipo 

Algodón

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Baño María

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Cerillos

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Hielo

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Hielera

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1 Kg de parafina natural

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4 latas de aluminio sin tapa

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Mechero Bunsen

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Papel periódico

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Termómetro

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Ventilador

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Procedimiento Experimental 1. Se preparan las latas en las que se va a verter la parafina liquida. 

La primera lata se deja así sin ningún aislante que será utilizada para solidificar la parafina con convección natural

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La segunda lata se deja también sin aislar que será utilizada para solidificar la parafina con convección forzada



La tercera lata se aislara totalmente con papel periódico y algodón



La cuarta lata se dejara sin ningún aislante

2. Colocamos la parafina solida, sin moler o dividir, dentro de una lata grande de aluminio 3. Se calentara la lata con la parafina con un mechero hasta que la parafina cambie a estado líquido 4. Ya que la parafina este liquida se dejo que se enfriara hasta que llegara a una temperatura de 65ºC 5. Cuando llego a la temperatura deseada se vertió la parafina liquida en cada una de las latas hasta el tope 6. La primera lata se dejo así sin hacer nada y esperamos a que solidificara, la segunda lata se coloco frente a un ventilador y se dejo que solidificara, la tercer lata se tapo totalmente para lograr la menor velocidad de enfriamiento y se dejo solidificar, por último la cuarta lata se coloco dentro de una hielera con hielo molido. 7. A cada muestra se le retiro del molde. 8. Se corto a la mitad cada muestra y una de estas se pinto para poder ver los defectos de solidificación y algunas características que adquirió debido a la historia de procesamiento. 9. Se analizo cada muestra.

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Observaciones Características y defectos que presento la parafina

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Cavidad de tamaño pequeño

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Enfriamiento retardado

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No presenta sopladura

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Porosidad debajo del centro del material.

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Rechupe profundo y voluminoso

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Superficie lisa alrededor de la cavidad y rechupe.

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Temperatura de vaciado de 75°C



Transcurrido el tiempo, posteriormente después de haber realizado el vaciado de la parafina en el molde (sometida al enfriamiento mediante un baño de hielo), la parafina principalmente tiene defectos en la superficie de agrietamientos, un rechupe en la parte superior con un ligero crecimiento de parafina en las partes laterales del molde. Mostrando en ciertas áreas porosidad y rechupes o deformaciones en los costados de la parafina, también se puede apreciar con ayuda de una lupa cierta cantidad de granos. Al rebanar la parafina por la mitad se encontraron otros defectos como sopladuras y grietas.

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Análisis de resultados Parafina solidificada a temperatura ambiente. 1- La parafina que ha sido solidificada a temperatura ambiente, considerando la teoría, produjo una dendrita equiaxial debido a que el flujo de calor no es orientado, es decir el calor fluye en todas direcciones. 2-

Esta parafina debido a que no se forzó a un cambio de temperatura significativo, como en el caso de las otras dos muestras (enfriadas con hielo y enfriadas con el ventilador), el hoyo en el centro de la parafina es pequeño. Esto se debe a que la nucleación empieza en las paredes de la lata (molde).

3-

Las propiedades mecánicas de esta muestra, el tipo de grano es grande por lo cual es tenaz, por lo tanto todas las muestras no conducirán la energía eléctrica ya que la parafina tiene un enlace covalente lo que implica eso no conduce la energía eléctrica.

Parafina solidificada con aire forzado con ayuda de un ventilador. 1- En este caso la muestra fue enfriada con un ventilador, por lo cual tenemos un flujo de calor orientado en otras palabras el calor fluye del molde hacia el ventilador, esto es porque el calor fluye del punto de mayor energía al punto que contiene menor energía. 2- En este caso se formo una dendrita de tipo columnar, que es opuesta al flujo de calor. 3- En esta caso la pared que está más cerca al ventilador es más gruesa ya que la Fuerza Electro Motriz de nucleación en esta pared es mayor que en la que se encuentra del lado opuesto, por eso el hoyo que queda en medio del molde esta de forma inclinada hacia donde estaba el ventilador. 4- Como se enfría forzadamente el hoyo es más profundo que en la anterior.

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Parafina solidificada con hielo. 1- En esta muestra la dendrita es casi equiaxial debido a la mayoría de las paredes están en contacto con un material que tiene una temperatura demasiado inferior a la parafina liquida. (Solo la tapa no está en contacto con el hielo). 2- El tamaño de grano es muy pequeño ya que la Fuerza Electro Motriz de nucleación es grande en comparación con la que solidifico en el medio ambiente. 3- Esta parafina es poco tenaz, se rompe con facilidad.

Parafina solidificada aisladamente. 1- La dendrita es equiaxial, debido a que el flujo de calor fue poco pero hacia todas las direcciones. 2- El tamaño de grano es muy grande en comparación con las demás muestras. 3- Esta muestra es más tenaz que las demás, es decir se rompe con más fuerza aplicada.

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Conclusiones 

La solidificación es un fenómeno que tiene muchísimas cosas interconectadas, el resultado perfecto es imposible de conseguir, pero es posible alcanzar una buena aproximación, las condiciones ambientales y otras cuestiones especificas de los materiales determinan el resultado final del proceso de solidificación, es de vital importancia el manejo de los tiempos de solidificación para el control sobre las propiedades que se buscan en nuestra pieza.

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Es de suma importancia conocer las condiciones de enfriamiento en los materiales, pues de estas dependen los errores macroscópicos que se presentan en las actividades de una industria, además es importante conocer los distintos errores pues estos pueden afectar la calidad del material según el uso que se les dé.

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Notamos que en los cuatro casos se presentaron los mismos errores, pero en diferente magnitud, gracias a lo cual comprobamos que las condiciones de enfriamiento influyen directamente en la generación de estos errores.

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Para realizar la práctica, utilizamos parafina sin embargo, la solidificación en los metales también presenta estos errores según las condiciones de enfriamiento. En general podemos decir que cumplimos el objetivo que observar y conocer los distintos errores en la solidificación según las condiciones de enfriamiento.

Bibliografía     

http://www.buenastareas.com/ensayos/Practica-De-Solidificacion-DeParafina/3161933.html http://www.buenastareas.com/ensayos/Solidificacion-De-La-Parafina/3046833.html CIENCIA DE LOS MATERIALES; AUTOR: WENCESLAO GONZALEZ VIÑAS, HECTOR L. MANCINI, EDITORIAL: ARIEL S.A. 1era EDICION IMPRESO EN ESPAÑA http://www.uclm.es/profesorado/maarranz/Documentos/MaterialesT3a.pdf http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/1721ProcesosdeSolidificacion.pdf

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