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INTRODUCCIÓN ENSAYO DE DUREZA E IMPACTO 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 deter mina introduciendo un 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 (plástica) 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 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 l a bolita (100Kg), bajándose nuevamente el valor previo. Se mide la profundidad 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 (HRb) bolita.
Bibliografía Consultada Libro de ensayo de materiales. materiales. http://es.scribd.com/doc/2469674/Ensayos-de-Dureza
DUREZA BRINELL. Se comprime una bola de acero templada, de diámetro (D) 2,5; 5 ó 10mm, contra el material a ensayar con una fuerzaP. Después De spués de liberar la carga se mide el diámetro (d) de la huella con un dispositivo amplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:
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DONDE : P: carga aplicada en N (kgf) D: diámetro del balín en mm. d: diámetro medio de la huella en mm. 1 kgf es igual a 9.80665 N.
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 d iámetro de la bola. a: grado de la carga 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. Cargas y diámetro de esfera usadas para el ensayo de dureza Brinell Carga en Kg En algunos materiales, la penetración provoca una deformación en la huella, la cual puede llegar a dar una información falsa a la hora de medir el diámetro
Bibliografía Consultada Ensaye e Inspección de los Materiales de Ingeniería, Davis, Troxell, WiskocilLibro de ensayo de materiales. http://es.scribd.com/doc/2469674/Ensayos-de-Dureza
La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza y se la suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se
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utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son [2] 1) Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración) 2) Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote) 3) Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste) 4) Resistencia al rayado (dureza por rayado). Independientemente de las definiciones enumeradas, en general, se entiende por dureza la propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de un identador bajo carga. En este sentido definiremos dureza como la resistencia de un material a la deformación plástica localizada. Los diferentes métodos desarrollados para medir la dureza en general consisten en producir una deformación local, en el material que se ensaya, a través de un identador. Los valores obtenidos son siempre dependientes del método y las condiciones en las que se ensaya por lo que para que un valor de dureza sea útil y permita su comparación debe estar acompañado de la indicación del método utilizado y las condiciones del ensayo. Los diferentes métodos utilizados para obtener l os valores de dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga: Ensayos estáticos en lo que la carga se aplica en forma estática o cuasi-estática. En este
caso un identador se presiona contara la superficie de ensayo con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el identador en la superficie, como es el caso de los método Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la identación como en el ensayo Rockwell. Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general el
identador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de Shore y en el de Leeb, ambos conocidos como
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métodos de dureza por rebote. Si bien se pueden clasificar en este grupo métodos como el de Poldi, o uno mucho más moderno como el UCI UltrasonicContactImpedance, los de rebote son l os más representativos de los ensayos dinámicos de dureza. En los ensayos dinámicos los resultados obtenidos son dependientes de las propiedades elásticas del material que se ensaya y en general los valores son comparables entre materiales en los que dichas propiedades son iguales, o bien se requiere la calibración del instrumento antes de ensayar un material cuyo módulo elástico es desconocido. En general se mide dureza cuando se ha establecido una correlación entre la dureza y alguna otra propiedad del material, como por ejemplo la resistencia a la abrasión o al desgaste, la resistencia a la tracción, etc. Sin embargo debe advertirse que dichas correlaciones son aplicables en forma muy cuidadosa sobre un rango acotado de materiales sobre los cuales se conoce, empíricamente, las condiciones en que se cumple la relación entre la propiedad buscada y el valor de la dureza. En general se puede utilizar la medición de dureza para: evaluar la efectividad de un tratamiento térmico. evaluar la resistencia al desgaste de un material evaluar la maquinabilidad del material. obtener una idea de la resistencia a la tracción de un material.
Los ensayos de dureza son junto con el tracción son los más utilizados en la selección y control de calidad de los materiales [3]. El empleo de los ensayos de dureza como instrumento de clasificación y control de calidad en las líneas de producción ha sido favorecido gracias a la automatización de los ciclos de medición de los métodos tradicionales tales como el Rockwell o el Brinell. En este sentido existen aparatos que permiten ciclos automáticos de medición muy rápidos en los que prácticamente no se requiere la intervención del operador. Además el avance de la microelectrónicay el software embebido han permitido el desarrollo de instrumentos medidores de dureza
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portátiles muy fáciles y rápidos de utilizar, que permiten la medición de piezas y lugares en los que los métodos tradicionales no son aplicables.
En la práctica el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el valor del diámetro de la impronta. En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y en tros una depresión Fig 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta en forma práctica es dificultosa. Por todo esto se ha generalizado la determinación de HB a partir de d, ya que ofrece mayor seguridad de una determinación correcta. Ya sea en la, determinación de h o e n la de d, se requiere una precisión mínima de 0,01mm. Figura 1. Esquema básico de un ensayo de dureza Brinell Figura 2.a. Craterización en la identación Figura 2.b Depresión en la identación Puede resultar conveniente obtener el valor de dureza a partir de la penetración h mediada durante el ensayo y luego comparar este valor con el que resulta de las mediciones de d. En caso que los resultados sean muy disímiles, el operador deberá de cidir acerca de cual
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método es el que el arroja el resultado más exacto, en base a su experiencia y al conocimiento del equipamiento utilizado. Algunos durómetros modernos están dotados de sistemas electrónicos encargados de producir la identación y determinar el valor de dureza automáticamente. Estos sistemas proveen el valor de dureza en forma directa, sin necesidad de realizar mediciones ni utilizar tablas. La determinación automática de la dureza se puede hacer de dos maneras: a través de sensores electrónicos que miden directamente la profundidad de penetración h, o bien mediante la determinación de las dimensiones de la huella a través de un microscopio de 20X o 40X incorporado en el aparato. Estos sistemas automáticos permiten ciclos de medición muy rápidos, lo que los hace aptos para formar parte de una línea de producción en la que se requiere medir dureza en un alto número de piezas.
Bibliografia Consultada HARMER E. DAVIS, “ENSAYE E INSPECCION DE LOS MATERIALES DE LA INGENIERIA”
http://www.ing.unlpam.edu.ar/~material/materiales/presentaciones/ApunteDureza.pdf
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PRACTICA N0 10
TEMA: Ensayo de Dureza e Impacto
OBJETIVOS: 1. Aprender a realizar ensayos de dureza y ensayos de impacto en probetas de acero. 2. Determinar e identificar los diferentes métodos y grados de dureza de un determinado grado material. 3. Determinar cómo influye la temperatura en la energía de impacto
MATERIAL: 1. Primera probeta para el ensayo de dureza en una pieza de acero Dimensiones: Para 500Kgd1= 2,0mm d2=2,0mm Para 1500Kg
d1= 3,5mm
d2=3,6mm
Para 3000Kg
d1= 4,9mm
d2=5,0mm
2. Segunda probeta para ensayo de dureza Brinell Modificada Madera Laurel Dimensiones: Paralela P= 540Kgf Radial
P= 550 Kgf
Tangencial P= 480Kgf
3. Tercera probeta para ensayo de dureza Rockwell para placas Dimensiones: a = 55mm b=10mm
EQUIPO: Primera Parte ensayo de dureza en pieza de acero 1. Máquina Universal 30 Ton, escala media A= (+/- 10Kgf) 2. Calibrador o vernier A= (+/0.02)mm 3. Lector microscópico A= (+/0.1)m 4. Cabezal con un indentador con una esfera de acero 5. Linterna
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Segunda Parte ensayo de dureza Brinell Modificada 1. Máquina Universal 30 Ton, escala media A= (+/- 10Kgf) 2. Calibrador o vernier A= (+/0.02)mm 3. Lector microscópico A= (+/0.1)m 4. Cabezal con un indentador con una probeta de madera de laurel 5. Linterna
Tercera Parte ensayo de dureza Rockwell para placas 1. Máquina de Impacto de Charpy A= (+/- 0,02Kg-m) Capacidad = 15Kgf 2. Calibrador o vernier A= (+/0.02)mm 3. Moneda de un dólar 4. Cabezal con un indentador con una probeta acero 5. Jillet 6. Agua 7. Horno eléctrico 8. Estufa 9. Recipiente
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PROCEDIMIENTO:
Primera parte ensayo de dureza en pieza de acero 1. Encerar la maquina universal de 30 toneladas para obtener las dimensiones de la placa a ensayarse.
2. Colocar la muestra y sujetar bien en la máquina de ensayo. 3. Ensamblar la primera placa con un indentador con esfera de acero tiene un anillo que tiene un control o ajuste cuando empiece a penetrar en una pieza de placa de acero en la maquina universal de 30 toneladas.
4. Accionar la maquina universal y someter la probeta a cargas de tracción. 5. Por último colocamos observamos el tipo y la carga de fall a.
Segunda Parte ensayo de dureza Brinell Modificada
1. Encerar la maquina universal de 30 toneladas para obtener las dimensiones de la placa a ensayarse.
2. Colocar la muestra y sujetar bien en la máquina de ensayo. 3. Ensamblar la segunda probeta con un indentador con esfera de acero tiene un anillo que tiene un control o ajuste cuando empiece a penetrar en una pieza de madera en el transcurso del ensayo.
4. Accionar la maquina universal y someter la probeta a cargas de tracción. 5. Por último colocamos observamoslas fibras paralelas, radia, tangencial.
Tercera Parte ensayo de dureza Rockwell para placas
1. Escuchar el procedimiento que se deberá seguir para realizar la práctica. 2. Aplicar en la Maquina de Impacto de Charpy dos cargas la primera que es una carga de 10Kg y la carga adicional le aplicare una carga de 90 Kg esto nos da un total de 100Kg. 3. Con los datos obtenidos en las tablas realizar segmentos para una placa de acero. 4. Retirar la probeta de la máquina de Impacto. Observar el carácter de la fractura. 5. Los valores obtenidos se registraran en las siguientes tablas.
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TABLA 1 PRIMERA PARTE.
Ensayo de Dureza en una Pieza de Acero.
carga (Kgf) 500 1500 3000
1
2
(mm)
(mm)
D mm
2,0 3,5 4,9
2,0 3,6 5,0
10 10 10
No-
CARGA P (Kgf) 500 1500 3000
1 2 3
Numero de Dureza Brinell NDB Kgf/mm2 157,547 146,611 145,672
SEGUNDA PARTE.
Ensayo de Dureza Brinell Modificada.
carga (Kgf) Paralela a las fibras Radial Tangencial
No-
1 Paralela a las fibras 2 Radial 3 Tangencial
540 550 480
CARGA P (Kgf) 540 550 480
t
D (mm)
(mm)
12 12 12
6 6 6
Numero de Dureza Brinell NDB Kgf/mm2 2,387 2,432 2,122
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TERCERA PARTE.
Ensayo de Dureza Rockwell.
No-
Profundidad máxima (Kg)
1 NRB
150
2NRC
100
Profundidad
Numero Rockwell
(mm) 0,110 0,112 0,112 0,016 0,016 0,016
95 94 94 92 92 92
Temperatura
Energía de impacto
0
Kg-m
110
2.7+3/2 =
2.85
89
3.8+3/2 =
3.4
-4
2.4+3/2 =
2.7
18
3+36/2
19.5
c
=
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FOTOGRAFIAS DE LAS MUESTRAS
PRIMERA PARTE.
Ensayo de Dureza en una Pieza de Acero.
Antes del Ensayo
Después del Ensayo
Tipo de Falla:Por corte simple en el remache
SEGUNDA PARTE.
Ensayo de Dureza Brinell Modificada Paralela a las fibras.
Antes del Ensayo
Tipo de Falla: Por corte a las fibras paralelas
Después del Ensayo
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Ensayo de Dureza Brinell Modificada Radial a las fibras.
Antes del Ensayo
Tipo de Falla: Por corte máximo radial
Después del Ensayo producida por tracción en las fibras
Ensayo de Dureza Brinell Modificada Tangencial a las fibras.
Antes del Ensayo
Después del Ensayo
Tipo de Falla: Por corte, tangencial a las fibras
TERCERA PARTE.
Ensayo de Dureza Rockwell en una placa de acero.
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Antes del Ensayo
Después del Ensayo
Tipo de Falla: Por corte máxima en la placa producido por traccion
Ensayo de Dureza Rockwell en una moneda de un dolar.
Antes del Ensayo
Después del Ensayo
Tipo de Falla:Se produce por tracción en la moneda y se puede seguir utilizando
Ensayo de Dureza Rockwell en una moneda de un dolar.
Antes del Ensayo
Después del Ensayo
Tipo de Falla:En el momento de la práctica la probeta de acero presento una rotura a 45 o
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CONCLUSIONES:
1. Las placas de acero resisten más que laprobeta de madera a los esfuerzos cortantes. 2. Los esfuerzos de corte son proporcionales a las secciones transversales de la pieza y del tipo de material. 3. En las juntas traslapadas con planchas delgadas la falla se producirá en los remaches que serán cortados pues allí existirá la menor área. 4. La falla siempre ocurre donde se tenga menor área al actuar la carga, siempre que no haya ningún tipo de imperfecciones en el material. 5. La madera tiene muy poca resistencia al corte paralelo a sus fibras. 6. No por ser más grueso el remache significa que la pieza es más resistente; al contrario si no se toma las debidas precauciones en las dimensiones del remache esto puede ser muy peligroso. 7. Como es lógico la resistencia de un remache de acero va a ser más resistente que un remache de madera. 8. Como se pudo ver los esfuerzos se reparten de acuerdo a las dimensiones de cada pieza. 9. Cuando se utiliza una junta de acero y madera es recomendable utilizar un remache de forma cuadrada para que la falla ocurra en dirección de las fibras Los ensayos de impacto determinan la energía requerida para la ruptura, esta energía se conoce como tenacidad al impacto del material. Los ensayos por impacto también son útiles para determinar la temperatura de transición de un material dúctil a frágil
RECOMENDACIONES:
1. Se debería utilizar remaches compuestos de más materiales para observar su 2. 3. 4.
funcionamiento. Utilizar una junta por lo menos con dos o tres materiales para observar su funcionamiento. Diseñar la estructura en base a los resultados de ensayo de cada material. Observar el tipo de falla que se produce en cada junta
5. Nos deben dar más información acerca de los materiales que vamos a utilizar. 6. Debemos realizar los ensayos más despacio
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APENDICE PRIMERA PARTE
Calculo de numero de dureza brinell para la carga de 500 Kg
(−√ − ) 2
NDB (500Kg)=
d=+ mm
500 2 10(10− 1 00−4 ) √
d= + mm
d= 2mm
NDB (500Kg)=
NDB (500Kg)=157,547
D = 10mm
SEGUNDA PARTE
Calculo de número de durezaBrinell Modificada para fibras Paralelas. NDB=
2
NDB=
D = 12mm
t = 6mm
540 2 ∗1∗6
NDB=2,387
TERCERA PARTE
Calculo de número BrinellB. NRB= 150 -
ℎ 0,00
ℎ
95 = 150 - 0,00 h = 0,110 mm
NRB= 95
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BIBLIOGRAFIA Libro de ensayo de materiales. http://es.scribd.com/doc/2469674/Ensayos-de-Dureza Ensaye e Inspección de los Materiales de Ingeniería, Davis, Troxell, WiskocilLibro de ensayo de materiales. http://es.scribd.com/doc/2469674/Ensayos-de-Dureza HARMER E. DAVIS, “ENSAYE E INSPECCION DE LOS MATERIALES DE LA INGENIERIA”
http://www.ing.unlpam.edu.ar/~material/materiales/presentaciones/ApunteDureza.pdf
