UNIVERSIDAD UNIVERSI DAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍ A FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES (MC112-G) LABORATORIO N°2 ENSAYO DE DUREZA INTEGRANTES: QUISPE VELÁSQUEZ, BRIAN DONELLO
VITOR CALERO, BRANDON LEE
MORENO ASTO, GUSTAVO FLORENTINO
FECHA DE REALIZACIÓN: 16 DE ABRIL DEL 2016
FECHA DE PRESENTACIÓN: 23 DE ABRIL DEL 2016
PROFESOR: SAMPEN ALQUIZAR, LUIS ALBERTO
ÍNDICE GENERAL
OBJETIVOS
3
EQUIPOS Y MATERIALES
3
FUNDAMENTO TEÓRICO
4
RESULTADOS
8
OBSERVACIONES
9
CONCLUSIONES
9
TEST DE COMPROBACIÓN
9
REFERENCIAS REFERENCI AS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFIC AS
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2
OBJETIVOS
Conocer los métodos de dureza más utilizados en la industria
Determinar la dureza de diferentes materiales
Conocer las equivalencias entre los distintos métodos de ensayos.
EQUIPOS Y MATERIALES Equipos Durómetro Rockwell marca Mitutoyo
Materiales Muestra de acero SAE 1010 Muestra de Cobre Muestra de acero SAE 1045 Muestra de Bronce Muestra de Aluminio
Durómetro Vickers marca Karl Zeiss
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FUNDAMENTO TEÓRICO Se entiende por dureza la resistencia superficial a la deformación de un sólido. Aunque no es una propiedad fundamental de un material, a partir de ella se pueden obtener informaciones acerca de las características mecánicas del mismo, ya que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. El valor de dureza obtenido en un ensayo determinado sirve sólo como comparación de ese material con otros, o con él mismo, tras un tratamiento efectuado sobre él. El procedimiento de ensayo y la preparación de la muestra tienen la ventaja de ser sencillos, rápidos y en algunos casos no destructivos. Además, a partir de la dureza de un material se puede obtener cierta información sobre sus características mecánicas, composición, resistencia al desgaste, dificultad de mecanizado, influencia de los tratamientos térmicos o mecánicos que ha sufrido, etc. La moderna tecnología aplicada a las construcciones metálicas y las transformaciones a que pueden someterse las estructuras internas de los metales, mediante procesos térmicos y de aleación demuestra la importancia que para la industria tiene el conocimiento a priori de la dureza de los materiales para la correcta utilización de los mismos. Los diversos ensayos de dureza se pueden dividir en tres grandes grupos: 1. Ensayos de dureza al rayado. 2. Ensayos de dureza por penetración estática. estática. 3. Ensayos de dureza elástica o dinámica.
METODO BRINNELL. (INGENIERO SUECO – 1900) Este método lo ideó el ingeniero sueco Brinell en en el año 1900. Consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre el material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo determinado. Se mide el diámetro de la huella y se encuentra la dureza del material por la relación entre la carga aplicada y el área del casquete de la huella, pues evidentemente y dentro de ciertos límites, esta área será tanto mayor cuanto menos menos duro sea el material. material. El área se puede sustituir por el diámetro, de acuerdo con los siguientes cálculos cálculos (Fig.1.1) HB
P (kg )
S (mm2 )
............. ()
La superficie (S) del casquete será: S = D f Donde: 4
D = diámetro de la billa f = =
profundidad de la huella
y como: f
resultará
S
( D
2 D 2
D
2
d 2 )
2
( D
D
2
d
2
)
Sustituyendo S por su valor en la fórmula ( ) quedará HB
2 P
D
HB
( D
D
2
d
2
)
P
D f
FIG. 1.1
METODO ROCKWELL (1924) El método Brinell no permite medir durezas de los aceros templados porque se deforman las bolas. Para esto se emplea emplea el método Rockwell. Rockwell. El método Rockwell se basa también en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados; pero en lugar de determinar la dureza del material en función de la huella que deja el cuerpo penetrante, se determina en función de la profundidad de esta huella. Los cuerpos penetrantes son: un diamante en forma de cono de 120º ± 1º, con la punta edondeada, con un radio de 0,2 ± 0,01 mm, que se denomina también penetrador Brale, y bolas de 1/8" y 1/16" de diámetro, aunque también, pero menos empleadas las de 1/2" y 1/4". Se utilizan cargas de 60, 100 y 150 Kg, para materiales gruesos y de 15, 30 y 45 para materiales delgados.
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FIG. 1.2 ESQUEMA DEL ENSAYO
FIG. 1.3 DURÓMETRO DIGITAL ROCKWELL
METODO VICKERS (HV). Se deriva del método Brinell, empleándose empleándose actualmente, sobre todo en laboratorios y en particular, para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimos de hasta de 0,2 mm. En el método Vickers se utiliza como cuerpo penetrante una punta piramidal de diamante, de base cuadrada con un ángulo en el vértice entre caras, de 136º, con precisión obligada de 20 segundos. Este ángulo se eligió para que la bola de Brinell quedase circunscrita circunscrita al cono en el borde de la huella, cuyo diámetro, como se sabe, se procura que sea aproximadamente igual a 0,375D. La determinación de la dureza Vickers se hace en función de la diagonal de la huella o más exactamente, de la media de las diagonales medidas con un microscopio en milésimas de milímetro. Si P es la carga aplicada y S la superficie de la huella, huella, la dureza Vickers será: HV
P
S
Luego de deducir las relaciones geométricas de la huella dejada por el penetrador en el material se tiene finalmente f inalmente la siguiente ecuación. ecuación. 6
HV 1,854
P 2
d
Sin embargo no se hacen cálculos con la fórmula anterior, sino por medio de gráficos o de tablas, en las que se entra con la medida de la diagonal y de la carga, se obtiene directamente la dureza.
FIG. 1.4 EL ÁNGULO DE 136 º DE LA PUNTA PIRAMIDAL VICKERS ESTÁ ELEGIDA PARA QUE SEA LA HUELLA TANGENTE A LA DE LA BOLA BRINELL. BRINELL.
FIG. 1.5 MICRODURIMETRO MICRODURIMETRO VICKERS
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RESULTADOS HOJA DE TRABAJO N° 1: DUROMETRO ROCKWELL ESCALA: HRB
CARGA: 100kg
Material
Lectura 1
Lectura 2
Lectura 3
Promedio
SAE 1010
73.0
75.4
75.2
74.5
SAE 1045
93.9
95.3
95.0
94.7
Bronce
51.1
51.4
51.9
51.5
Cobre
65.8
65.2
59.8
63.6
ESCALA: HRC
CARGA: 150kg
Material
Lectura 1
Lectura 2
Lectura 3
Promedio
SAE 1045 (templado al agua)
54.4
53.1
54.0
53.8
ESCALA: HRF
CARGA: 60kg
Material
Lectura 1
Lectura 2
Lectura 3
Promedio
Aluminio
32.4
32.4
30.0
31.6
HOJA DE TRABAJO N° 2: DUROMETRO VICKERS Carga: 200g Material Diagonal(µm) Lectura SAE 1010
50
148.32
SAE 1045
36.5
273
Bronce
54.5
124.84
Cobre
61
99.65
Aluminio
82
55.15
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OBSERVACIONES
El SAE 1045 templado al agua presentó la mayor dureza entre los materiales estudiados.
La dureza Vickers está relacionada directamente con la diagonal de la huella que deja el penetrador.
La dureza hallada en algunos materiales puede variar mucho de la realidad debido a que no se encuentran adecuadamente pulidos.
CONCLUSIONES
Pudimos observar las distintas maneras de obtener las durezas de los materiales teniendo en cuenta sus propiedades.
Teniendo en cuenta cuenta las diferentes características de los materiales pudimos escoger el método adecuado para calcular su dureza.
Pudimos comparar las diferentes diferentes escalas escalas usando una escala escala de de referencia referencia como la de Vickers.
TEST DE COMPROBACIÓN COMPROBACIÓN a) Aunque las medidas medidas de dureza dureza se expresan expresan normalmente normalmente mediante una abreviatura del ensayo correspondiente con los parámetros de ensayo (donde los hubiera) o el código de la escala utilizada, ¿en qué unidades físicas se podrían expresar las diferentes escalas de dureza Rockwell, Brinell y Vickers? Según el modelo matemático que le corresponden a cada dureza se obtiene que la dureza es la relación entre fuerza f uerza (kg) y área (mm 2) por lo tanto la unidad de dureza es kilogramo por milímetro al cuadrado.
b) Cuando se puede relacionar la dureza dureza con la resistencia resistencia a la tracción La resistencia mecánica a la tracción de un acero puede obtenerse de una manera aproximada, multiplicando el número Brinell por un factor que varía de acuerdo al material.
=
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c) Se pueden comparar las durezas medidas en diferentes diferentes escalas de Rockwell Si se pueden comparar cambiando todo a una escala como la de Vickers.
d) A partir de qué valor en HRB aproximadamente se debe medir ya en HRC. A partir de 100 HRB HRB ya se debe medir medir en HRC empezando empezando por 20 HRC.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICAS 1) SMITH, William. “Fundamentos de ciencia e Ingeniería de Materiales”. Ed. Mc. Graw - Hill. Edición 2003. Nº de págs. 1003. 1) DE SAJA, J, RODRÍGUEZ, M, RODRIGUEZ. “Estructura, Propiedades y aplicaciones“ aplicaciones“ 1ra. Madrid, España: Ed., Edit. Thompson, 2005. 2) ASKELAND, D. “Ciencia e Ingeniería de los Materiales” 4ta. Madrid, España: Edit. Thompson, 2004. 3) RUBÍNI. “Materiales Plásticos Propiedades y Aplicaciones” 1ra. México: Edit. Limusa, 2001. 4) ANDERSON, A. “Ciencia “Ciencia de los Materiales 2da. México: Edit. Limusa, 1998.
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