DETERMINACION DE LA DUREZA Y RESILIENCIA
INGENIERÍA METALÚRGICA TRATAMIENTOS TERMICOS N° 1 Ing. GUILLERMO BARRIO RUIZ CALLAPIÑA QUICO VLADMIR 134441 2017-II
Tabla de contenido
DETERMINACION DE LA DUREZA Y RESILIENCIA............................................. 1 DETERMINACION DE LA DUREZA Y RESILIENCIA............................................. 3 OBJETIVO ........................................................................................................... 3 MARCO TEORICO .............................................................................................. 3 ENSAYO DE IMPACTO ................................................................................... 3 ENSAYO DE DUREZA..................................................................................... 3 DURÓMETRO.................................................................................................. 4 ESCALAS DE DUREZA ................................................................................... 4 PÉNDULO DE CHARPY .................................................................................. 4 DURÓMETRO SHORE .................................................................................... 5 DURÓMETRO ROCKWELL............................................................................. 5 RESILIENCIA ................................................................................................... 6 DETERMINACION DE LA DUREZA “Guibaru” .................................................... 6
DETERMINACION DE LA RESILIENCIA ............................................................ 7 EXPERIMETACION............................................................................................. 7 PROBETA 1: MUELE ....................................................................................... 7 PROBETA 2: ACERO CORRUGADO .............................................................. 7 PROBETA 3: HIERRO DULCE ........................................................................ 8 ANALISIS Y RESULTADOS ................................................................................ 8 CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS .................................................................. 8 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 10 Figura 1 Péndulo de Charpy.................................................................................... 4 Figura 2 Durómetro Shore ....................................................................................... 5 Figura 3 Forma del penetrador de un DURÓMETRO ROCKWELL ........................ 6 Figura 4 Diámetro de la punzada con tungsteno ..................................................... 9 Figura 5 Péndulo de Charpy del taller de Ing. Metalúrgica de la UNSAAC ............. 9 Figura 6 Fracturas de las probetas: muelle, hierro liso y acero corrugado .............. 9
DETERMINACION DE LA DUREZA Y RESILIENCIA
OBJETIVO
Determinar la dureza con probetas sin tratamiento térmico y por consiguiente sus propiedades físicas y mecánicas de los mismos.
MARCO TEORICO
ENSA YO DE IMPACTO
El modo de fallo del ensayo de tracción no nos permite extrapolar los resultados a otras situaciones diferentes para predecir el comportamiento a la fractura, por ejemplo, en algunos materiales normalmente dúctiles se fracturaban frágilmente sin tener apenas deformación plástica. El tipo de fallo está condicionado por las condiciones de contorno del material. Para ensayar los materiales en las peores condiciones posibles con respecto a la fractura se crearon los ensayos de impacto. Estas condiciones son: 1. Deformación a temperaturas relativamente bajas. 2. Velocidad de deformación elevada. 3. Estado traxial de tensiones (mediante la presencia entalla mecánica) ENSA YO DE DURE ZA
La dureza se define como la resistencia del material a resistir una deformación plástica localizada, generalmente por penetración. La primera forma de medir la dureza fue a través del rayado, donde se medía la resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro. El ensayo de dureza Mohs es el que usa para determinar la dureza que se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro. Se tiene tabulado del 1 al 10 como sigue en la tabla 1.1, donde los aceros están entre el 6 y 8. Actualmente se usa otro tipo de medición de dureza basada en la resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro más duro. El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestru cturales del material. Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada o penetrador, por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular o definir la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como las dimensiones de la muestra y espesor de esta.
DURÓMETRO
Un durómetro es el instrumento de medición utilizado para realizar un ensayo de dureza y por ende poder medir la dureza de la muestra. Existen durómetros especializados y calibrados para las distintas escalas y tipos de dureza. E S C A L A S D E D UR E ZA
El método usado generalmente para obtener una medición de la dureza es med ir la profundidad o el área de una marca dejada por una punta o penetrador de una forma específica, con una fuerza determinada puesta un momento específico. Hay tres métodos estándares para realizar esta prueba que expresar la relación entre la dureza y el tamaño de la marca, éstos que son Brinell, Vickers, y Rockwell. Por razones prácticas y de calibración de los durómetros, cada uno de estos métodos tiene una escala propia, definida por una combinación de la carga y de la geometría aplicada del penetrador. PÉNDULO DE CHAR PY
El ensayo de resiliencia sirve para determinar la fragilidad o resistencia que opone un material a la rotura. Esta resistencia se conoce por el nombre de resiliencia y se expresa en Julios. Para realizar el ensayo se emplea el péndulo de caída que mide la energía residual existente después de la rotura de la muestra de material. El péndulo de Charpy es un dispositivo a modo de péndulo ideado por Georges Charpy. Se utiliza en ensayos para determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo (h) y la final tras el impacto (h') permite medir la energía absorbida en el proceso de Figura 1 Péndulo de Charpy fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga, desplazamiento que se conoce como resiliencia. La energía absorbida en el impacto por la probeta usualmente se calcula como la diferencia de alturas inicial y final del péndulo, esto supone, obviamente despreciar algunas pérdidas por rozamiento). La fórmula de cá lculo para la energía de impacto:
= (ℎ − ℎ ′) = (cos − cos )
Donde:
τ es la energía empleada en la rotura en Joules
P es la masa del péndulo en Kg g es la gravedad (9,8 m/s²) h es la altura inicial del péndulo h' es la altura final del péndulo l es la longitud del péndulo en metros
α y β son los ángulos que forma el péndulo con la vertical antes y después de
soltarlo, respectivamente. DUR ÓMETR O S HOR E
La escala de este durómetro fue definida por Albert Shore alrededor de 1920, aunque no fue el primer dispositivo inventado en la historia para medir dureza. Existen varias escalas definidas acorde a las diferentes propiedades de los materiales, pero para este dispositivo las más comunes son las escalas A y D, la primera para plásticos blandos y la D para los más duros. En total, y según la norma ASTM D2240-00, existen 12 escalas (A, B, C, D, DO, E, M, O, OO, OOO, OOO-S, y R), cuyos valores van de 0 a 100 indicando la dureza del material. El método de medición consiste en generar una indentación o impronta profunda en el material con una fuerza normalizada a través de un penetrador. Figura 2 Durómetro Shore La profundidad depende de la dureza del material, de sus propiedades viscoelásticas, la forma del penetrador de presión y la duración del ensayo. Cuando se está haciendo la impronta en el material, la medida de la profundidad se transmite a un resorte interno de un reloj comparador, que puede ser análogo o digital, dando un valor determinado de dureza. DURÓMETRO ROCK WELL
El durómetro de profundidad diferencial Rockwell fue inventado por los hermanos Hugh y Stanley Rockwell, en el año 1914, en EEUU. Ambos trabajaban en la fábrica de rodamientos New Departure Manufacturing Co, que se convertiría más tarde en una empresa del grupo General Motors. La razón por la cual se desarrolló este dispositivo fue para medir los efectos del tratamiento térmico en los caminos de rodadura de rodamientos rígidos de bolas.
Las escalas utilizadas con esta técnica son variadas acorde a las distintas combinaciones de penetradores y cargas que se usen, pudiendo ensayar cualquier metal o aleación, tanto dura como blanda. Hay dos clases de penetradores, los de bolas esféricas de acero endurecido con diámetros normalizados y los cónicos de diamante. El método de medición de dureza consiste en aplicar primero una carga inicial pequeña, lo que aumenta la exactitud de la medida, y después una carga mayor. Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores.
Figura 3 Forma del penetrador de un DUR METRO ROCKWELL
RESILIENCIA
En ingeniería, la resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada; En sistemas tecnológicos, la resiliencia es la capacidad de un sistema de soportar y recuperarse ante desastres y perturbaciones; En ecología, la resiliencia es la capacidad de las comunidades de soportar perturbaciones; En psicología, la resiliencia es la capacidad de las personas o grupos de sobreponerse al dolor emocional para continuar con su vida; En derecho, la resiliencia jurídica es la capacidad de las personas, dentro del marco general de los derechos humanos, de recuperar su estado original de libertad, igualdad, inocencia, etc. después de haber sido sometido a las acciones de fuerza del Estado.
DETERMINACION DE LA DUREZA “Guibaru”
=
DONDE: = Dureza Guibaru en / = peso del martillo 34.500
= superficie de la huella circular dejada por el punzón en . DETERMINACION DE LA RESILIENCIA
=
DONDE: = energía absorbida para producir la fractura = superficie de la fractura en .
= ∗ℎ
DONDE: = peso del martillo 34.500 ℎ = Altura de caída que se absorbe para ocasionar la fractura de la probeta. EXPERIMETACION
PR OBETA 1: MUELE 34.500 = = 3.73 (3.43) 4
=
34.500 (0.15)(3.2) = 15.85 1 (3.8)(27.48)( ) 100
NOTA: presenta una fractura astillosa de grano fino. P R O B E TA 2: A C E R O C O R R U G A D O 34.500 = = 3.22 (3.69) 4
=
34.500 (0.15)(4.1) = 27.92 1 (9.83) ( ) 4 100
PR OBETA 3: HIER RO DULCE 34.500 = = 2.12 (4.55) 4
=
34.500 (0.15)(4.8) = 45.16 1 (8.37) ( ) 4 100
NOTA: Fractura perlada de grano fino ligeramente cóncavo convexo. ANALISIS Y RESULTADOS
En el ámbito de la dureza logramos obtener 3.73/ para el muelle, 3.22/ para el acero corrugado y 2.12/ para el hierro dulce. El muelle tiene mayor dureza debido a que cumple con las funciones como: Absorción de golpes y vibraciones Distribución y compensación de fuerzas Retención de tensiones previas Mantenimiento de posiciones determinadas En el ámbito de la resiliencia se obtuvo los siguientes resultados 15.85/ para el muelle, 27.92/ para el acero corrugado y 45.16/ para el hierro liso. El hierro liso tiene mayor resiliencia y gracias a eso se aplica en: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS
La probeta de muelle tiene mayor dureza con un valor de 3.73/ , siendo el más alto entre un acero corrugado y un hierro liso. La probeta del hierro dulce tiene mayor resiliencia con un valor de 45.16/ , siendo el más alto entre un acero corrugado y un muelle.
Figura 5 Péndulo de Charpy del taller de Ing. Metalúrgica de la UNSAAC
Figura 6 Fracturas de las probetas: muelle, hierro liso y acero corrugado
Figura 4 Diámetro de la punzada con tungsteno
BIBLIOGRAFIA
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn100.html http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centrostic/21700290/helvia/aula/archivos/repositorio/0/11/html/dureza.html http://www.tecnimetalsa.es/pendulo%20de%20charpy.htm https://www.acxesspring.com/espanol/resortes-y-muelles.html