UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE CIENCIA (MC112)
DE LOS MATERIALES
INFORME DE DE DUREZA
LABORATORIO N°2: ENSAYO
SECCIÓN: G PROFESOR: Ing PROFESOR: Ing.. Alberto INTEGRANTES: Arzapalo Poma Poma Ton Tonny ny •
Sampen Alquizar Luis
20142040G
•
Castro Cadillo Gino
20102!0"
•
C#a$ez Castillo Al$aro
201400%&
•
Suarez Santillan 'unior
201!(0)"
*e+#a de realiza+i,n- ./ma+ 1! de septiembre de 201 *e+#a de entrega- ./ma+ 20 de septiembre de 201
ÍNDICE •
IT.3CI5555555555555555555555555555555)
•
6'&TI75555555555555555555555555555555558)
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica •
9&..A:I&TAS ; :AT&.IAL&S555555555555555555555588)
•
*3A:&T T&<.IC5555555555555555555555555584
•
3ATS 3& LA6.AT.I555555555555555555555555588
•
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•
CCLSI&S ; 6S&.7ACI&S 55555555555555555555=
•
6I6LIG.A*>A55555555555555855555555555555555%
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica ENSAYO DE DUREZA INTRODUCCIÓN:
La dureza es una +ondi+i,n de la super?i+ie del material no representa ninguna propiedad de la materia y est@ rela+ionada +on las propiedades el@sti+as y pl@sti+as del material8 Si bien es un trmino que nos da idea de solidez o ?irmeza no eBiste una de?ini+i,n ni+a a+er+a la dureza y se la suele de?inir arbitrariamente en rela+i,n al mtodo parti+ular que se utiliza para la determina+i,n de su $alor8 &nsayos est@ti+os en lo que la +arga se apli+a en ?orma est@ti+a o +uasiDest@ti+a8 &n este +aso un identador se presiona +ontara la super?i+ie de ensayo +on una +arga que se apli+a en ?orma relati$amente lenta8 &n general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del +o+iente de la +arga apli+ada y el @rea de la #uella que deEa el identador en la super?i+ie +omo es el +aso del mtodo 6rinell y 7i+Fers o bien es una medida de la pro?undidad de la identa+i,n +omo en el ensayo .o+Fell8
OBETIVO:
• • • •
Cono+er los di?erentes mtodos de medi+i,n de dureza de los materiales &ntender que ?a+tores +onsideras antes y durante de la medi+i,n8 bser$ar el grado de 3ureza 6rinell segn norma AST: &108 Analizar las #uellas que deEe el indentador midiendo el di@metro de penetra+i,n8
!ERRAMIENTAS:
:@quina de ensayo de :ateriales dur,metro
•
MATERIALES:
•
Probeta de bron+e
•
Probeta de aluminio
!
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica •
Probeta de +obre
•
Probeta de a+ero AISI 1010
•
Probeta de a+ero AISI 104(
FUNDAMENTO TEORICO D"#$%$&$'% " *"+, 3esde el punto de $ista ?/si+o se de?ine la dureza +omo la resisten+ia que oponen los +uerpos a ser rayados o penetrados por otros +on los que se +ompara8 E%-,/ B*$%"00 &n el ensayo de dureza 6rinell el penetrador es una bola de a+ero eBtraduro de di@metro 3 que se apoya sobre la probeta a estudiarH eEer+iendo sobre la misma una ?uerza P durante un tiempo t dado apare+e una #uella de di@metro d sobre el metal ?igura 28148 La dureza 6rinell $iene de?inida por-
*igura 18 &squema del ensayo de dureza 6rinell8 96 PJS K1 siendo- S la super?i+ie de la #uella +asquete es?ri+o8 P se eBpresa en Fg ?uerza y S en mm28 Tambin puede eBpresarse de la siguiente manera-
"
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica HB =
2 P
(
√
πD D − D
2
−
d
2
)
K2
La sele++i,n de las +argas P y di@metros 3 es una ?un+i,n del espesor de la pieza a ensayar pues los resultados de dureza quedan ?alseados +uando pequeMos espesores son ensayados +on grandes +argas8 Las normas 3I (0)(1 indi+a la ?orma de sele++i,n de las +argas materiales y di@metro de bolas estable+iendo para +ada material una rela+i,n entre la +arga y el +uadrado del di@metro la +ual +onstituye la +onstante del ensayo CeCe PJ32 K) Se +onsigue obtener unidades 6rinell de dureza equiparable para una misma alea+i,n si se mantiene +onstante para distintas +argas de ensayo el par@metro Ce8 &n +onse+uen+ia el tipo de ensayo 6rinell queda de?inido por- el di@metro de la bola 3 la +arga P y el tiempo de permanen+ia de la +arga t8 Cada tipo de ensayo 6rinell se eBpresa en la ?orma Nn 963JPJtO
E%-,/ V$&"*&l ensayo de dureza 7i+Fers es +omo el 6rinell un ensayo +uyo obEeti$o es la determina+i,n de la super?i+ie lateral S de la #uella8 &l penetrador es una pir@mide de diamante de base +uadrada +uyo @ngulo en el $rti+e es de 1) ?igura 281(8
*igura 28Penetrador 7i+Fers S d2J2 sen= K4 Con lo que- 97 2P sen=Jd2 18=(44 PJd2 K( La sele++i,n de la +arga se realiza en ?un+i,n in$ersa a su dureza8 La norma & !0(4!) estable+e los distintos aspe+tos de este ensayo8 Como en el ensayo 6rinell la apli+a+i,n de la +arga se realiza +on una $elo+idad m/nima $ m y se requiere un tiempo m/nimo de permanen+ia t entre 1( y 20 segundos generalmente8 La denomina+i,n de la dureza obtenida se realiza +itando
#
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica las siglas 97 seguido de la +arga utilizada P y del tiempo de permanen+ia t separado por barras por eEemplo Nn97JPJtO
E%-,/- R/&"00. &n los ensayos de dureza .o+Fell las unidades de dureza se estable+en por la medida de la pro?undidad e de la #uella de a+uerdo +on el modelo9. A D e KmmJ08002 K
*igura )8 Se+uen+ia de +argas * y pro?undidades en el ensayo .o+Fell8 Con el obEeto de obtener ensayos reprodu+ibles la m@quina obtiene el $alor QeQ por in+rementos de las +argas apli+adas de a+uerdo +on la se+uen+ia siguiente ?igura )-
F,&3/*"- , &/%-$"*,* ,%3"- *,%3" 0, 4"$&$'%
TamaMo de la identa+i,n8 Calidad de la super?i+ie que se $a ensayar8 Pro?undidad de penetra+i,n $s espesor m/nimo8 .equerimientos de m/nimos de masa y espesor de pared8
DATOS DE LABORATORIO
3.<:&T. .C"R&LL :AT&.IAL
L&CT.AS
P.:&3I
AC&. SA& 1010
!4( 9.6
!4! 9.6
!4! 9.6
!4 9.6
AC&. SA& 104(
%( 9.6
%!= 9.6
%!2 9.6
%= 9.6
6.C&
%)% 9.*
%( 9.*
%4( 9.*
%44 9.*
C6.&
%)) 9.*
%1 9.*
%4) 9.*
%2% 9.*
AL:II
42= 9.*
()2 9.*
4=1 9.*
4= 9.*
AC&. SA& 4140
)(0 9.C
)() 9.C
)2 9.C
)(( 9.C
$
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica 3.<:&T. 6.I&LL :AT&.IAL
L&CT.AS
P.:&3I
AC&. SA& 1010
1) 96
1)4 96
1)4 96
1)) 96
AC&. SA& 104(
21) 96
22= 96
22)2 96
2212 96
6.C&
101= 96
10 96
104 96
10)% 96
C6.&
1002 96
%( 96
10)2 96
%%( 96
AL:II
4)) 96
(0= 96
4=4 96
4=( 96
AC&. SA& 4140
)2! 96
)2%! 96
))! 96
))14 96
3.<:&T. 7IC"&.S
:AT&.IAL AC&. SA& 1010 AC&. SA& 104( 6.C& C6.& AL:II
*uerza de ensayo KP01"g? PJ d2 dKm d2 Kmm2 (1 000201 )=84 )1 0000%1 10481 4 00040% 2484 (! 000)24% )08= (( 000)02( ))81
3.&A K97 !182=02= 1%28%24 4(82)! (!80)!1 182=%2
RESULTADOS DE LABORATORIO T&ST 3& C:P.6ACI<
,) A%5" 0,- 4"$,- " *"+, -" "67*"-,% %/*4,04"%3" 4"$,%3" %, ,8*"9$,3*, "0 "%-,/ &/**"-7/%$"%3" &/% 0/- 7,*4"3*/- " "%-,/ (/%" 0/- ;8$"*,) / "0 &'$"% 5? %$,"- #@-$&,- -" 7/*@,% "67*"-,* 0,$#"*"%3"- "-&,0,- " *"+, R/&"00= B*$%"00 V$&"*-. 3ebido a que la dureza en las distintas es+alas se eBpresa +omo el +o+iente de la +arga entre un produ+to de dos longitudes ser/a +omo la di$isi,n de ?uerza entra @reaH esto +orresponder/a a la de?ini+i,n de presi,n +uyas unidad en el SI es el pas+al KPa8
8) >C%/ -" 7"" *"0,&$/%,* 0, *"+, &/% 0, *"-$-3"%&$, , 0, 3*,&&$'%
&l ensayo 6rinell representa un ensayo de resisten+ia si bien en el +urso del mismo las +ondi+iones de tensiones que se dan alrededor de la #uella de la bola no pueden determinarse de ?orma tan +ateg,ri+a +omo las tensiones normales en el ensayo de tra++i,n o +omprensi,n8 Sin embargo y a +ausa de esta similitud por la resisten+ia a la penetra+i,n en el ensayo de dureza se pueden sa+ar +on+lusiones a+er+a de la resisten+ia a la tra++i,n de mu+#os materiales8
%
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica La resisten+ia me+@ni+a a la tra++i,n de un a+ero puede obtenerse de una manera aproBimada multipli+ando el nmero 6rinell por un ?a+tor que $ar/a de a+uerdo al material8 &sta ?,rmula s,lo es $@lida para dureza #asta 400 6rinell8 UmB * B 96 *
- ?a+tor
96
- 3ureza 6rinell
:AT&.IAL
*ACT. K*
A+ero al +arbono
0)
A+ero aleado
0)4
Cobre y lat,n
04
6ron+e
02)
&) S" 7"" &/47,*,* 0,- *"+,- 4"$,- "% $#"*"%3"- "-&,0,- " R/&"00. Para realizar una +ompara+i,n es ?undamental que las medidas estn en la misma es+ala y para la +on$ersi,n de es+alas es ne+esario saber si el $alor de la dureza en la otra es+ala tiene un $alor que est dentro del inter$alo de 20 #asta 1008
) A 7,*3$* " 5? 9,0/* "% !RB ,7*/6$4,,4"%3" -" "8" 4"$* , "% !RC Al obser$ar las tablas de +on$ersi,n de dureza y teniendo en +uenta que los rangos ade+uados para la dureza .o+Fell es de 20 #asta 100 se $e que %= 9.6 es equi$alente a 20 9.C por lo tanto se puede de+ir que si obtenemos $alores mayores a %= 9.6 es meEor #a+er los ensayos +on el 9.C8
CONCLUSIONES: •
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•
&
&n la industria los prin+ipales ensayos me+@ni+os de penetra+i,n son el 6rinnell el .o+Fell el 7i+Fers y el "noop8 &l mtodo .o+Fell es muy til ya que puede medir la dureza de a+eros templados +osa que +on el mtodo 6rinnell no se puede #a+er8 Podemos +on+luir lo siguiente 11(0 7i+Fers equi$alen aproBimadamente !=0 6rinell8 =2 6rinnell equi$alen aproBimadamente 4 .o+Fell K9.A8
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Mecánica •
n a+ero es m@s duro +uanto mayor por+entaEe en masa de +arbono tenga8
OBSERVACIONES: •
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&n general es ne+esario seguir las mismas +onsidera+iones men+ionadas para los ensayos 6rinell y .o+Fell debiendo tenerse espe+ialmente presente que la super?i+ie a ensayar debe estar +asi pulida8 La +arga debe a+tuar durante 10 s aunque en algunos +asos puede llegar #asta )0 s8 &n a+eros dul+es los $alores 97 pueden $ariar de 120 a 1!0 mientras que en a+eros tratados trmi+amente puede $ariar entre =00 y 10008 &n general el espesor m/nimo de la probeta debe ser de 1( $e+es la longitud de la diagonal de la impresi,n o lo que es lo mismo ! $e+es la pro?undidad # de penetra+i,n8 n +riterio similar indi+ado eBpresa que +omo regla general el espesor debe ser al menos de 10#8 &n algunos +asos el espesor de penetra+i,n puede ser tan solo de 00( mm por lo que el mtodo es apli+able a piezas de po+o espesor8 &l mtodo .o+Fell Kpenetrador 6rale mide las durezas de los materiales sin ne+esidad de usar +omo dato la +arga que se eEer+e sobre el material8 &n el ensayo 7i+Fers obser$amos que sobre las probetas redondas se deben apli+ar +argas muy pequeMas +omo la que usamos K100 g8 &n el mtodo .o+Fell para determinar los datos primero se asienta una +arga pre$ia que sir$e para que las medidas no salgan err,neas8 &l mtodo .o+Fell es m@s r@pido que el 6rinell y el 7i+Fers pero el resultado tiene menor eBa+titud8
BIBLIOGRAFIA: 18 *3A:&TS 3& LA CI&CIA & IG&I&.>A 3& :AT&.IAL&S8 Rilliam *8 Smit#H2V &di+i,n8 1%%8 28 CI&CIA & IG&I&.>A 3& LS :AT&.IAL&S83onald .8 AsFelandH Publi+a+i,n :Bi+oInternational T#ompson &ditores8 1%%=8 )8 T&CLG>A 3& LS :AT&.IAL&S I3ST.IAL&S Las#erasH P@g8 20!D21!8 48 IT.3CCI A LA IG&I&.IA 3& LS :AT&.IAL&S8Rilliam 38 CallisterH Publi+a+i,n 6ar+elona- .e$ert 200!8
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