ÍNDICE Introducción Ensayo de Dureza Al Rayado Ensayo martens Ensayo a Lima Penetración Método Brinell Ensayo Vickers Ensayo Rockwell Aplicaciones Típicas Ensayo Dinámico de Dureza Dinámico Método de Poldi Ensayo de Retroceso Método Shore Dureza Knoop HK Conclusión Ensayo de dureza.
3 4 5 6 7 8 9-11 12-15 16-21 22 23 24 25 26 27-28 29 30 Ciencia de los Materiales.
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INTRODUCCIÓN. El ensayo de dureza es uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. La dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El método Rockwell, el brinell y el vickers El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta con determinada geometría.
Ensayo de dureza.
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ENSAYO DE DUREZA.
Tipos de ensayo de dureza.
Al rayado. Resistencia que oponen los al ser rayados por otros mas duros. •Ensayo de Mohs. •Ensayo de Martens. •Ensayo a la lima.
Ensayo de dureza.
Penetración Resistencia que oponen los materiales a dejarse penetrar por otros mas duros
Dinámicos. Reacción o resistencia elástica de un material al chocar contra un cuerpo mas duro.
• Método Rockwell. • Método Brinell. •Método Vickers
•Método de impacto poldi. •Método de retroceso shore.
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AL RAYADO: - ENSAYO DE MOHS. - Se usa para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro.
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ENSAYO DE MARTENS. -Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°.
Se emplea un cono de diamante con el que se raya la superficie del material cuya dureza se quiere medir. a = anchura del surco
-Se aplica sobre superficies nitruradas.
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AM =1000 / a2
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ENSAYO A LA LIMA. - Se usa en industria. En todo material templado la lima no “entra”. Dependiendo de si la lima entra o no entra sabremos: - No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRC - Entra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRC
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PENETRACIÓN: - ENSAYO BRINELL. -
Este método consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo también conocido.
-Aceros y elementos siderúrgicos: K=30 -Cobres, Bronces, Latones: K=10 -Aluminio y aleaciones: K=5 -Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5
El valor de la carga P viene dado por la relación P = KD2, donde K=cte. del ensayo
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MÉTODO BRINELL (I)
El penetrador es una esfera de acero templado, de gran dureza, de diámetro (D) que oscila entre 1 y 10mm, y a la que se aplica una carga preestablecida durante un intervalo de tiempo que suele ser de 15s.
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D
F
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MÉTODO BRINELL (II) • CONDICIONES NORMALES DEL ENSAYO: – Diámetro del penetrador D = 10mm. – Carga aplicada F = 3000 kg. – Tiempo de carga t = 15s. Si las condiciones son distintas a las normales debe representarse: 250 HB 10 500 30
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MÉTODO BRINELL (III) • CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO: – No se puede realizar sobre piezas esféricas o cilíndricas. – No es fiable en materiales muy duros y de poco espesor. – Para que el error del ensayo por deformación del material no sea muy grande, debe cumplirse: D/4 < d < D/2 – Por aproximación puede conocerse el tipo de acero que se ensaya mediante la relación: %C = (HB – 80) / 141 Ensayo de dureza.
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ENSAYO VICKERS.
-Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de136°. Este ángulo se eligió para que la bola Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella.
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MÉTODO VICKERS (I) Indentador: Pirámide de diamante
En este ensayo el penetrador es un diamante tallado en forma de pirámide de base cuadrada con un ángulo de 136º entre dos caras opuestas.
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MÉTODO VICKERS (II
L/2
h
68º
sen68º hp
L/2 h
d2 ( d / 2) ( L / 2) ( d / 2 ) L 2 2
2
2
bh d2 S 4 2 2 sen68º
L/2
d/2 Ensayo de dureza.
L/2
F F HV 1,854 2 S d Ciencia de los Materiales.
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MÉTODO VICKERS (III) • CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO: – Las cargas aplicadas son más pequeñas que en el método Brinell (oscilan entre 1 y 120kp). La más empleada es la de 30kp. – El tiempo de aplicación oscila entre 10 y 30s. Se utiliza tanto para materiales duros como en blandos. – Puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella. – Expresión de la dureza: 520 HV 30 15 Ensayo de dureza.
520 HV 30 15
DUREZA
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CARGA
TIEMPO
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ENSAYO ROCKWELL. - Se basa en la resistencia que oponen los materiales a se penetrados, se determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros templados. - Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de penetradores: Bolas de 1/8” y 1/16” Conos de 120° ángulo en el vértice.
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MÉTODO ROCKWELL (I)
En el ensayo de Rockwell lo que se mide es la profundidad de la huella, no el área de la misma. La prueba de Rockwell consiste en hacer penetrar, en dos tiempos, en la capa superficial de la pieza un penetrador de forma prefijada y medir el aumento permanente de la profundidad de penetración.
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MÉTODO ROCKWELL (II) •
TIPOS DE PENETRADORES – Para materiales blandos (entre 60 y 150HV) se utiliza un penetrador de acero de forma esférica de 1,59mm de diámetro, y así se obtiene la escala de dureza Rockwell B (HRB). – Para materiales duros (entre 235 y 1075HV) se emplea un cono de diamante con un ángulo de 120º obtiéndose así la escala de dureza Rockwell C (HRC). Ensayo de dureza.
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MÉTODO ROCKWELL (III) •
PROCEDIMIENTO: – En ambas escalas de dureza se aplica, inicialmente, una precarga de 10kp, con lo que el penetrador originará una huella de profundidad h0. – Aplicación de la carga suplementaria F1 que origina la huella h1. – Eliminar la carga F1. reacción elástica del material que eleva al penetrador una cierta altura quedando la huella permanente h.
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MÉTODO ROCKWELL (IV) La máquina del ensayo de Rockwell mide la diferencia e y se expresa la dureza de la siguiente forma: • HRC = 100 – e • HRB = 130 – e
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VENTAJAS DEL MÉTODO ROCKWELL -
Método rápido y preciso, no necesita de operarios especializados.
-
Huellas más pequeñas que el método Brinell.
• - Inconveniente tiene que si el material no asienta perfectamente, las medidas resultan falseadas.
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APLICACIONES TÍPICAS DE LAS ESCALAS ROCKWELL. • HRA. . . . Los carburos consolidados, acero delgado y en rara ocasión acero endurecido •
HRB. . . . Las aleaciones cobrizas, los aceros suaves, aleaciones de aluminio, hierros maleables, etc.
• • HRC. . . . Acero, hierro colado duro, casos de acero endurecido y otros materiales más duro que 100 HRB. • HRD. . . . Acero delgado, acero endurecido medio y hierro maleable perlitico . • • (Entre otros.) Ensayo de dureza.
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ENSAYOS DINÁMICOS DE DUREZA Presentan la ventaja de la rapidez, comodidad y utilidad, ya que se pueden hacer en cualquier lugar por utilizar equipos portátiles. Por el contrario, su desventaja es la menor fiabilidad del ensayo. Los más utilizados: • MÉTODO SHORE • MÉTODO POLDI
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DINÁMICOS. - Ensayo de impacto (Poldi). - La bola que tiene el aparato se apoya por un lado sobre la pieza a ensayar y por el otro sobre la barra patrón. Al dar un golpe, con el martillo, se marca una huella en cada una de las superficies; si ambos materiales tienen la misma dureza las huellas serán del mismo diámetro, si la pieza a ensayar es más dura, su huella será menor. Ensayo de dureza.
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MÉTODO DE POLDI Es un método de impacto que consiste en lanzar una bola de acero de 5mm de diámetro sobre una probeta del material objeto de medida, de manera que el impulso produzca una huella permanente. H = dureza del material. Sp= superficie de la huella patrón. S= superficie de la huella en el material. Hp= dureza de la probeta patrón.
H Ensayo de dureza.
Sp S
Hp
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ENSAYO DE RETROCESO (SHORE). - Es una variable de la dureza Brinell. Es portátil. Es independiente del tiempo de carga. - Se basa en ejercer una carga P sobre el durómetro que nos producirá 2 huellas en dos probetas, una de dureza conocida y otra de dureza desconocida. La dureza esta en razón inversa del tipo del material (duro, blando).
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MÉTODO DE SHORE (I)
Se basa en la reacción elástica del material sometido a la acción de un percusor que, después de chocar con la probeta a ensayar, rebota hasta una cierta altura. El nº de dureza HS se deduce de la altura alcanzada en el rebote.
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h0 hf
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MÉTODO DE SHORE (II) • CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO: – No es de gran precisión, pero es muy rápido. – El equipo es fácil de manejar, poco voluminoso
y de coste reducido. – Apenas produce deformación en la probeta (no deja huella). Ensayo de dureza.
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DUREZA KNOOP ( HK ) • El método Knoop se emplea sólo en laboratorio, para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de depósitos electrolíticos. • Se usa para durezas normales, superficiales y micro durezas. El penetrador esta hecho con una pirámide rómbica con base cuadrada. • Sus ángulos entre aristas son de B-C=130° y A-D= 172°30’ .:
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DUREZA KNOOP ( HK )
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CONCLUSIÓN El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción ,uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Gracias a la variedad de ensayos de dureza que se pueden realizar en los materiales podemos tener la certeza de que tipo de material estamos usando y en que lo podemos emplear .
Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.
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