INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO EN LA DUREZA DE LOS M MATERIALES ATERIALES
ANDRES FELIPE PEDRAZA PARDO 201210322
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGERNIRIA METALURGICA TUNJA, BOYACA 2015
INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO EN LA DUREZA DE LOS MATERIALES
ANDRES FELIPE PEDRAZA PARDO 201210322
Practica de laboratorio N°8
PRESENTADO A: ING. Mónica Isabel melgarejo Rincón Docente TC Escuela de Ingeniería Metalúrgica
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGERNIRIA METALURGICA TUNJA, BOYACA 2015
CONTENIDO 1.
DESARROLLO DE PREGUNTAS ......................................................................................................4
2.
CUADRO COMPARATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA ........................................................8
3.
ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 10
4.
CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 12
5.
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 13
1. DESARROLLO DE PREGUNTAS
1. Como se puede obtener el mismo valor de la dureza Brinell con una carga que no sea especificada? Para obtener un mismo valor de dureza con una carga que no sea la especificada, es necesario mantener una relación de semejanza geométrica, esta exige que la relación de los diámetros de la huella y de la esfera (d/D) sea constante. Basta mantener (P/D2) constante para que, en primera aproximación, se cumpla la ley de semejanza. P= carga D= Diámetro de la esfera d= diámetro de la huella
2. A que errores se introduce en el procedimiento y desarrollo de un ensayo brinell? Los errores a los que se introduce en el procedimiento y desarrollo de un ensayo brinell son:
La determinación de esta dureza como una propiedad del mineral en sí, cuando en realidad es una propiedad de la capa superficial. La no escogencia de la relación de carga y la correspondiente combinación de diámetro de bola y carga a aplicar, las cuales se encuentran previamente establecidas en tablas. No tener cuidado en que el diámetro de la huella este entre el 24% y el 60% del diámetro de la bola. En la literatura se considera que la huella ideal es de d= 0.475D. La utilización de identadores no adecuados para el material o la dureza del material; esto supone una leve deformación en este que varía los datos finales.
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Por último, es muy común caer en el error de tener superficies muy rugosas lo cual no es ideal y conlleva a la variación de los resultados finales.
3. Por qué el ensayo de dureza vickers tiene mayor aceptación en el área
de trabajos de investigación? Este método es muy difundido en el ámbito de la investigación ya que permite medir dureza prácticamente de todos los materiales independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor. Además este método es el más indicado para ensayar piezas, barras o flejes delgados y piezas nitruradas, cementadas o cromadas. Es también el más utilizado para estudios y trabajos de investigación ya que permite determinar la dureza sin estropearlos, debido a que deja huellas muy pequeñas.
4. La huella del indentador en la dureza Vickers es independiente o
dependiente de la carga? Por qué? Las huellas son comparables entre sí; independientes de las cargas debido a que las improntas resultan bien perfiladas y geométricamente semejantes por lo cual la dureza para un mismo material es constante. Sin embargo una carga muy alta puede causar que el indentador penetre más allá de la capa superficial a la que se desee medírsele la dureza, de otro lado una impronta muy pequeña es difícil de medir y las imperfecciones geométricas de la pirámide influyen en la precisión del método.
5. que precauciones se deben tener en cuenta para el desarrollo del
ensayo Rockwell?
Precauciones de la superficie
La superficie del amuestra debe ser plana, si se quieren obtener los resultados óptimos. Las pruebas de Rockwell requieren una superficie esmerilada o finamente labrada a máquina.
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Espesor de la muestra
La muestra debe tener tal espesor que la impresión no la atraviese. Si la impresión aparece por el otro lado, esto indica que el yunque del probador soportó la carga, en parte. En este caso, las lecturas serán erróneamente elevadas (excepto en el caso raro de que la muestra de prueba sea más dura que el yunque que la soporta).
Proximidad de impresiones entre sí y al borde de la muestra
Puesto que el penetrador produce un endurecimiento de trabajo del metal en las cercanías de la impresión, las lecturas sucesivas que se tomen demasiado cerca unas de otras pueden ser elevadas (sin embargo, es concebible que una penetración que coincida casi o parcialmente con una penetración anterior, pueda ser baja, debido a la falta de soporte en la orilla).
Lisura de las muestras Perpendicularidad de la dirección de aplicación de la carga a la superficie de la muestra
El movimiento del penetrador bajo la carga debe estar en ángulo recto con la superficie de la muestra. Cuando esta última no está en ángulo recto con la dirección de aplicación de la carga, resultan lecturas bajas.
Rapidez de aplicación y duración de la carga
Las cargas se aplican lentamente por medio de cámaras de aire o dispositivos mecánicos que evitan los efectos de la inercia. La rapidez de aplicación y la duración de la carga deben ser tales que el material pueda responder a la carga.
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6. Siguiendo la norma ASTM E 140 haga conversiones de cada uno de
los resultados obtenidos a las distintas clases de durezas ahí expuestas?
Tabla 1: Conversión de durezas Según norma ASTM E 140
DUREZA
AISI 1010
HRB 87 HRC HRA 53.4 HRF HR 15T 88.9 HR30T 74.4 HV 172 HBS 172 HK 188 Fuente: Autor
AISI 1020 89
1
AISI 1045
01
54.6
99.5 21.5 61.25
35 67.9
89.5 75.8 180 180 196
92.95 82.8 244.5 234 258.5
345 327 351
1
Tomado de: Norma ASTM E 140. Conversión de durezas
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2. CUADRO COMPARATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA
El método utilizado para la determinación del tamaño es el de comparación con plantilla, el cual está establecido en la norma ASTM E112 Este método consiste en comparar la micrografía a 100X con una serie de imágenes graduadas.
CUADRO COMPRATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA Acero AISI Tamaño de grano Dureza HV y HBS HV Imagen 2.1. Comparación de tamaño de grano
172
1010
HBS
172 100 X Aumentos
G=6 HV Imagen 2.2. Comparación de tamaño de grano
180
1020
HBS
180 100 X Aumentos
G=7
8
Imagen 2.3. Comparación de tamaño de grano
HV
244.5
1045 HBS
234 100 X Aumentos
G=6 Imagen 2.3. Comparación de tamaño de grano
HV
345
O1
HBS
327 100O X Aumentos
Se utilizo factor de correcion
G=142
2
American Society for Testing and Materials. ASTM E112. Métodos de prueba estándar para la determinación del tamaño de grano. 2004. 12 p
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3. ANALISIS DE RESULTADOS
Los límites de grano, son el lugar en que ocurren, preferentemente, las reacciones en estado sólido. En general, la energía libre de una cantidad de masa de metal dada disminuye a medida que aumenta el tamaño de grano. La causa del cambio de energía es la disminución de la energía interfacial asociada a los límites de grano. Esta disminución de energía es la fuerza impulsora que tiende a producir el crecimiento del grano. Ahora bien, en la mayoría de las condiciones de aplicación de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequeña, y sólo a temperaturas elevadas el crecimiento se produce rápidamente. Un material de grano fino será, por lo tanto, más duro y más resistente que un material de grano grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más tensiones. Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente proporcional al tamaño de grano, aunque en el desarrollo de nuestro laboratorio hay una pequeña excepción en el acero 1045. 3
Grafica 3.1. Tamaño de grano vs Dureza
Tamaño de grano vs Dureza 16 14 o n 12 a r g e d 10 o ñ a m 8 a T
6 4 100
150
200
250
300
350
400
Dureza HV
Fuente: autor
3
Estudio de la relación Hall-Petch en aceros (0,6% C) submi-crométricos. Ing. Investig. vol.31 no.3 Bogotá Sept./Dec. 2011
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En la gráfica 3.1 evidenciamos el comportamiento anteriormente explicado, a medida que el tamaño de grano se hace más pequeño, la dureza va aumentando considerablemente; en nuestros resultados el acero 1045 presenta una variación puesto que el grano es más grande que el del AISI 1020; mas sin embargo presenta un aumento en su dureza de 64.5 HV. Este comportamiento aunque no cumple con la teoría, puede ser producto del tipo de fabricación de la varilla, de la velocidad de enfriamiento en la fundición o un respectivo tratamiento que se le haya realizado. También hay que tener en cuenta que el acero 1045 tiene mayor cantidad del microconstituyente perlitico el cual posee dentro de sus propiedades una dureza mayor que la ferrita, correspondiente al microcontituyente más común en los aceros AISI 1020 y 1045. En la siguiente tabla se podrá observar la demostración de lo dicho.
Tabla 3.1 Comparación de los microconstituyentes
MICROCONSTITUYENTES DE LOS ACEROS AISI 1010 AISI 1020 AISI 1045 PERLITA
PERLITA
PERLITA
FERRITA
FERRITA
FERRITA
500 X
500X
500X
Perlita 11.08 % Ferrita 88.92 %
PORCENTAJES Perlita 23.13% Ferrita 76.87 %
Perlita 53.25 % Ferrita 46.75 %
Fuente: autor
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4. CONCLUSIONES
La dureza y el tamaño de grano son inversamente proporcional, es decir, a mayor tamaño de grano menor será la dureza. A la hora de realizar una comparación entre tamaño de grano y durezas en los aceros es de vital importancia tener en cuenta los métodos de fabricación del metal utilizado y la composición química del mismo, pues esta influye directamente en las propiedades mecánicas del material. El método de determinación de durezas Vicker es el más utilizado debido a que se puede aplicar a la mayoría de los materiales y además no deforma en gran manera el material al cual se le realiza el ensayo. En cada método de determinación de durezas ya sea Brinell, Vickers o Rockwell se debe tener cuidado en el identador que se utilizada; este se escoge según el material y la posible dureza del mismo.
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5. BIBLIOGRAFIA
Belyakov, A., Sakai, Y., Hara, T., Kimura, Y., Tsuzaki, K., Evolution of grain boundary assemblies in Fe-0.6%O under mechanical milling followed by consolidating rolling., Scripta Materialia, Vol. 48, 2003, pp 1111-1116. [ Links ] Belyakov, A., Sakai, Y., Hara, T., Kimura, Y., Tsuzaki, K., Thermal stability of ultra fine-grained steel contained dispersed oxides., Scripta materialia, Vol. 45, 2001, pp 1213-1219. [ Links ] Chokshi, Ah; Rosen, A; Karch, J., On the validity of the hall-petch relationship in nanocrystalline materials., Scripta Metallur-gica, Vol. 23. No. 10, 1989, pp 16791683. [ Links ] Courtney, T. H., Mechanical behavior of materials., 2da Ed. McGraw-Hill, Boston, USA. 2000. [ Links ] Dieter, G. E., Mechanical metallurgy SI Metric., ed. McGraw-Hill Book Company cop., London, UK. 1988. [ Links ] Hall, E.O., The deformation and Ageing of Mild Steel., Proceeding Physical Society, Vol. B64, 1951, pp 747-753. [ Links ] Hidaka, H., Tsuchiyama, T., Takaki, S., Relation between micro-structure and hardness in Fe-C alloys with ultra fine grained structure., Scripta materialia, Vol. 44, 2001, pp 1503-1506. [ Links ] Jang, J.S.C., Koch, C.C., Mechanical Properties, Ductility, and Grain Size of Nanocrystalline Iron Produced by Mechanical Attrition., Scripta Metallurgical Materials, Vol. 24, 1990, pp 1599. [ Links ]
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