Tracción de Materiales

PRÁCTICAS DE A)ORARATORIO DE CIENCIA E IN/ENIERA DE MATERIAES

PRÁCTICA 1: ENSAYOS ENSAYOS DE TRACCIÓN Y DUREZA

Mayo 2017. Actual!a"o #o$ P$o%. A&a R'a( PARTE PARTE A: ENSAYOS DE TRACCIÓN A. O)*ETI+OS O,-t'o /&$al Evaluar el comportamiento mecánico de materiales de ingeniería mediante ensayos de tracción y dureza, siguiendo normas estandarizadas.

O,-t'o( (#c%co( 1. Elaborar curvas esfuerzo –deformación ingenieril y verdaderas de muestras de metales y  polímeros a partir de datos obtenidos mediante ensayos de tracción normalizados. 2. Identificar en curvas esfuerzodeformación la región elástica, la región plástica, el punto de fluencia, el punto de esfuerzo má!imo y el punto de fractura. ". #eterminar a partir de las curvas de esfuerzodeformación, los valores promedios con su desviación estándar del esfuerzo de fluencia, esfuerzo má!imo, esfuerzo a la fractura, la ductilidad mediante elongación y reducción de área, la resiliencia y tenacidad. $. %ontrastar los distintos tipos de dureza, estableciendo el campo de aplicación de cada uno,  basados en ensayos de dureza de muestras metálicas. &. %omparar las curvas esfuerzodeformación de metales y polímeros, destacando las diferencias entre sus propiedades.

). INTRODUCCIÓN 'e entiende por propiedades mecánicas a las propiedades de un material (ue revelan su comportamiento elástico y plástico cuando se le aplica una fuerza, con lo cual se puede )uzgar  si es adecuado o no para aplicaciones mecánicas. *uc+os materiales en condición de servicio están su)etos a fuerzas o cargas. or tanto, es muy importante determinar sus propiedades mecánicas para comparar distintos materiales y comprobar si alguno de ellos podrá resistir a los esfuerzos a los (ue estará sometido cuando es utilizado en una determinada aplicación, por  e)emplo una viga, un ladrillo en una vivienda, una parte de un motor, una gr-a, un automóvil etc. Estos datos son fundamentales para la selección de materiales en el proceso de diseo,  para la me)ora y sustitución de materiales, y particularmente para efectos de control de calidad, como garantía de cumplimiento de los re(uerimientos t/cnicos especificados por el cliente. 0os ensayos de tracción unia!ial son pruebas ampliamente utilizadas para determinar las  propiedades mecánicas del material, en el cual una probeta material con dimensiones normalizadas, es sometida a cargas mecánicas crecientes +asta (ue se produce su fractura. l e)ercer esta acción, siguiendo procedimientos estandarizados seg-n las normas establecidas, se  puede determinar la respuesta del material frente a las fuerzas aplicadas, registrando constantemente la variación en el alargamiento con la fuerza aplicada. El mismo ensayo puede ser efectuado en compresión, siendo /ste particularmente utilizado para ensayar materiales frágiles, los cuales no deforman plásticamente. 0a diferencia entre estos dos ensayos es el tipo de probeta utilizada y el sentido de la carga aplicada. En el ensayo de tracción se utilizan  probetas de sección plana, o cilíndrica, mientras (ue en el de compresión solamente se emplean muestras cilíndricas por su parte, en el ensayo de tensión el material se su)eta por  los e!tremos y se estira, en el de compresión el material se aplasta o comprime.

C. E ENSAYO DE TRACCIÓN El ensayo de tracción de plásticos y metales se rige ba)o la norma '3* # 4"5 y '3* #E5* respectivamente, en la cual se especifican las condiciones para determinar las  propiedades de tracción de los materiales y se aplica a los tipos de probetas sección circular y de sección plana 63ipos I – 78. Entre estas propiedades se incluye una resistencia o esfuerzo má!imo ingenieril, esfuerzo a la fluencia, rigidez, la deformación elástica y plástica antes de la rotura. E!isten normas nacionales (ue se basan en las normas '3*, la 9orma I9E91:2 corresponde al ensayo de tracción para varillas de acero 6%onsultar 9orma I9E 91:28.  menudo, una curva de esfuerzodeformación contiene una zona elástica lineal y una zona  plástica no lineal. 'e denomina zona elástica cuando un material recupera sus dimensiones

originales una vez retirada la carga al cual fue sometido. 'i el material es deformado +asta un  punto (ue no puede recuperar completamente sus dimensiones, entonces +a e!perimentado una deformación plástica. 'i la deformación contin-a llegará a un punto en el cual se  producirá su fractura. ara realizar el ensayo se obtienen probetas mecanizadas cilíndricas o planas con las dimensiones dentro de los rangos especificados en las normas. 0a ;igura 1a muestra un con)unto de probetas de tracción para diferentes materiales metálicos y un dibu)o es(uemático indicando la longitud calibrada y diámetro de la probeta 6;igura 1b8 y la longitud y diámetro final luego de la fractura del material 6;igura 1c8

0ongitud calibrada y diámetro de la probeta de tracción ori inal

0ongitud final y diámetro final de la probeta luego de ser  ensayada a tracción original. +ttps=>>tapuc+ino.?ordpress.com>2:11>:@>2@>ensayosdel aceroestructural>

+ttps=>>???.upv.es>materiales>;cm>;cm:2>0ab oratorio>3racc11.)pg

;igura 1. robetas de tracción para distintos materiales 6a8, dibu)o es(uemático de una probeta mostrando la longitud y diámetro inicial y final de la probeta 6b y c, respectivamente8.

0uego del ensayo se miden la longitud final con respecto a las marcas calibradas en la probeta y el diámetro final en la sección de fractura, para conocer el grado de alargamiento y reducción de área. Estos parámetros se e!presan como porcenta)e de alargamiento o elongación, < ∆l y porcenta)e de reducción de área

3RA 4 determinadas aplicando las ecuaciones 1 y 2, respectivamente .

%Elongación=

l f −l o lo

∗100

 A o− A f  ∗100 %RA =  A o

E(. 1

E(.2

#onde Ao y l o y representan el área inicial y longitud inicial, respectivamente, mientras (ue  A f  y l  f  indican el área final y longitud final. Estos parámetros tambi/n se pueden e!presar en fracción.

ara determinar el esfuerzo ingenieril 6 σ  8, tambi/n llamado tensión o esfuerzo de tensión, la fuerza 6 F 8 se divide entre el área de la sección transversal inicial de la probeta 6 Ao8, ecuación " .

 F  σ =  A o

E(."

En la ;igura 2 se muestra de forma es(uemática una curva de fuerzaalargamiento. En esta imagen se define la zona elástica, la zona plástica o deformación permanente, la fuerza de fluencia, la fuerza má!ima y la fuerza de ruptura. Estas fuerzas al dividirlas por el área inicial se obtienen los esfuerzos respectivos.

;igura 2. %urva de tracción es(uemática En la zona elástica, el esfuerzo varía proporcionalmente con la deformación, cumpli/ndose en dic+a zona la 0ey de AooB, ecuación $.

5 Ee #onde=

E(. $

es en esfuerzo, E  es el módulo de Coung o módulo elástico y e es la deformación.

ara transformar esta curva de fuerza aplicada alargamiento en esfuerzodeformación ingenieril, cada valor de fuerza se divide por el área transversal inicial de la probeta y cada valor de alargamiento por la longitud inicial. 0a ;igura " ilustra un e)emplo de estas curvas, en la cual se identifican algunas de las propiedades (ue se pueden determinar.

;igura ". %urva esfuerzodeformación ingenieril

D. PROPIEDADES MECÁNICAS O)TENIDAS DE UNA CUR+A DE ENSAYO DE TRACCIÓN M6"ulo " You& o 86"ulo " la(tc"a" 9 9>m2,a8. %onstante de proporcionalidad de la región elástica, representado por la pendiente de la curva esfuerzodeformación en el rango elástico. E D 1:!1: 4 psi 645. Fa8 para metales 67aría desde 1:!1: 4 psi para l, ":!1:4 para ;e y &!1:4 para G8.

E(%u$!o " %lu&ca 9 9>m2, a8. Es el valor mínimo de esfuerzo re(uerido para (ue el material comience a deformarse plásticamente, e!+ibiendo una deformación permanente específica y se le considera en la práctica como una apro!imación de límite elástico. El punto de fluencia puede ser observado directamente en la curva esfuerzodeformación de materiales de estructura cristalina H%% tales como +ierro y aceros de ba)o carbono, mientras (ue en otros materiales de estructura ;%% como el aluminio no se puede definir con e!actitud. n e)emplo de ambos comportamientos se ilustra en la ;igura $. El acero muestra un punto de fluencia má!imo y uno mínimo, el cual es acompaado por una reducción s-bita de resistencia. Este fenómeno de esfuerzo de fluencia se atribuye a una pe(uea cantidad de átomo sus titucionales o intersticiales. En el caso de aceros de ba)o carbono por e)emplo, se encuentra tanto carbono como nitrógeno presente en pe(ueas cantidades. %uando las dislocaciones se encuentran ancladas por /stos átomos de soluto, la tensión del material se aumenta para liberarlas. Estas dislocaciones se relacionan con el esfuerzo de fluencia má!imo. 'i la línea de dislocación es liberada de los átomos de soluto, la tensión se reduce s-bitamente la cual es asociada con el  punto de fluencia ba)o. ara muc+os materiales como el aluminio donde el punto de fluencia (ue marca la transición de r/gimen elástico a plástico no se encuentra bien definido, se +a adoptado para propósitos ingenieriles (ue el esfuerzo de fluencia corresponde al esfuerzo para una deformación del :,2<.

;igura deformación para acero

$. %urva de y aluminio.

esfuerzo

tt#:;;&.(ut.ac.t;8tal;8a(;(to$(;#"%;a,<=T&(l
,

 y6: 2<8

es la

tensión (ue cuando se aplica a la muestra y posteriormente se remueve mantendrá una deformación permanente de :,2<, es decir :,::2cm>cm de deformación. 'in embargo, otros valores diferentes de deformación pueden tambi/n utilizarse como por e)emplo :,1 o :.&<. El esfuerzo de fluencia de materiales d-ctiles como el cobre suave y fundición de ;e gris,  puede ser definida como la correspondiente a una deformación de, J K :::&. ara materiales  plásticos pueden utilizarse valores del 2<. El esfuerzo de fluencia es considerado vital para ingeniería estructural o diseo de componentes donde se utilizan factores de seguridad. or e)emplo si la tensión de traba)o en servicio del material es de 4::*a y se traba)a con factores de seguridad de 1.& o 1.5, el material a seleccionar debe tener un esfuerzo de fluencia de ::*a o 1:5:*a, respectivamente.

;igura $. Legión elástica y región plástica inicial (ue muestra el límite de fluencia 6 σ   y8 para una deformación permanente de :,2<.

+ttp=>>descom.)mc.utfsm.cl>sgey?itz>subpaginas>*ateriales>Ensayotraccion>Ensayodetraccion.+tm

E(%u$!o 8>?8o 99 9>m2, a8. Es la má!ima tensión (ue el material puede soportar antes de comenzar el encuellamiento de la probeta. 'e calcula como la fuerza má!ima dividida por el área inicial, ecuación &.

σ max .

=

 F max. E(. &

 Ao

E(%u$!o " %$actu$a 99 9>m2, a8. Es el esfuerzo del material cuando la probeta de fractura y se calcula dividiendo la fuerza a la fractura entre el área inicial de la probeta, ecuación 4.

 F  Fractura σ f =  A o

E(. 4

Ala$a8&to. Es el incremento de la longitud de la sección calibrada de la probeta de tracción, medida despu/s de la fractura. sualmente se e!presa como porcenta)e respecto a la longitud original. 0a elongación es una medida de la ductilidad del material, la cual tambi/n puede ser  e!presada como porcenta)e de reducción de área, seg-n ecuación 2

R(l&ca 9Pa@. Es la capacidad del material de absorber energía cuando es deformado elásticamente y cuando se descarga dic+a energía es recuperada. sualmente para representar esta  propiedad se mide el módulo de resiliencia Ur   , definido como la energía de deformación por  unidad de volumen re(uerido para tensionar el material de un estado sin carga al punto de fluencia. En la curva esfuerzo deformación corresponde al área ba)o la curva +asta el punto de fluencia y se  puede estimar a trav/s de las ecuaciones @ u 5. ε y

∫

U r = σde

E(. @

0

sumiendo la región elástica lineal se puede representar como=

U r  

#onde=

σy es

el esfuerzo de fluencia  y

ε y es

=

1 2

σ  y εe y

E(. 5

la deformación correspondiente al punto de fluencia,

como muestra la ;igura @. *ateriales resilientes son a(uellos (ue teniendo una alta resistencia de fluencia y ba)o módulo de elasticidad pueden ser utilizados en aplicaciones para resortes

T&ac"a"= es la cantidad de energía absorbida por el material en la región plástica, con lo cual se eval-a la capacidad del material para soportar una carga e!terna aplicada sin e!perimentar falla. En un ensayo de tracción se puede estimar midiendo al área total ba)o la curva. 0a tenacidad se puede estimar de una curvaesfuerzo deformación utilizando la ecuación @.

U t ≈ σ máx e f  ó

U t =

σ  y + σ max . 2

ef   

E(.

E&"u$c8&to #o$ "%o$8ac6&. #espu/s de la fluencia, se re(uiere un incremento de la carga  para continuar deformando permanentemente el material. En esta etapa, el material se endurece por 

deformación o traba)o. El grado de endurecimiento por deformación depende del material, su estructura cristalina y composición (uímica, factores (ue afectan el movimiento de las dislocaciones. 0os materiales con estructura ;%% poseen un elevado n-mero de sistemas de deslizamiento operativos (ue pueden fácilmente deslizarse y crear una alta densidad de dislocaciones. 0a maraa o entramado de dislocaciones re(uiere una alta tensión para deformar  uniforme y plásticamente el material, lo cual resulta en el endurecimiento por deformación, +asta alcanzar la resistencia má!ima antes de (ue tenga lugar el encuellamiento de la probeta. El encuellamiento se aprecia como reducción localizada de la sección transversal de la probeta, como se aprecia en la ;igura &, la deformación plástica en esta zona no es uniforme.

;igura &. Encuellamiento de la probeta antes de la fractura. El endurecimiento del material por deformación plástica se produce +asta la fractura del material, sin embargo en las curvas ingenieriles este efecto no se aprecia dado (ue el esfuerzo se determina considerando el área inicial de la probeta. El esfuerzo real o verdadero,

, por tanto, se puede

σ  v

encontrar dividiendo la carga entre la sección transversal real (ue e!iste al momento en (ue se +ace la medición de la carga. En ese caso el esfuerzo real o verdadero se e!presa como=

F  σ v =  A real

E(. 1:

dicionalmente puede ser demostrado, considerando volumen constante (ue=

¿ ln ( e + 1)

E(. 11

y

σ v =σ  ( 1 + e ) E(.12 'iendo ε es la deformación verdadera. En la ;igura 4 se aprecia la comparación entre las curvas de esfuerzodeformación ingenieril y esfuerzodeformación real.

;igura 4. %urvas ingenieril y esfuerzo o real.

esfuerzodeformación deformación verdadera

'e pueden producir desviaciones de la relación esfuerzo deformación verdadera, cuando los datos se obtienen más allá del punto en (ue se observa la formación del cuello en la  probeta. Aasta ese punto se puede considerar una deformación plástica uniforme y la variación del esfuerzo verdadera con respecto a la deformación verdadera se puede e!presar de acuerdo a la ecuación 1:. σ v = Kεn

E(. 1"

#onde= Mv es el esfuerzo verdadero  Ε: la deformación verdadera N= %oeficiente del esfuerzo n= e!ponente de endurecimiento por deformación

0a ecuación 1:, e!presada en forma logarítmica permite determinar el valor del e!ponente de endurecimiento, n, el cual corresponde a la pendiente de la curva 6ver ecuación 118. dicionalmente se puede determinar el valor de B, a partir del punto de corte de la recta con el e)e de la ordenada.

loσ  5 nloε  lo K 

E(. 1$

E. REAIZACIÓN DE A PRACTICA DE ENSAYO DE TRACCIÓN Co&("$aco&( " (u$"a" 1. sar mandil, la má(uina tiene grasa y se puede ensuciar la ropa al colocar o (uitar las  probetas. 2. Levisar (ue las paradas de seguridad en la má(uina de ensayo universal est/n funcionando al inicio de cada sesión de laboratorio ". 9o tocar la má(uina de ensayo universal mientras la probeta está siendo deformada. 3ener  cuidado con los puntos de aplastamiento →  las partes móviles de la má(uina de ensayo universal puede aplastar dedos, etc. $. Eliminar las probetas y mantener limpia el área de traba)o.

EBu#o(  8#l8&to(

*á(uina de ensayo de tracción +idráulica. 3ornillo microm/trico o vernier  %omputadora para el registro de datos

P$oc"8&to 1. Legistrar el e(uipo a utilizar en la práctica. 2. *edir con un tornillo microm/trico o vernier la longitud y el diámetro inicial de las  probetas de ensayo. ". %olocar una marca (ue defina la longitud calibrada como referencia para luego determinar la longitud final una vez fracturada la muestra. $. %olocar la probeta en las mordazas de la má(uina. &. )ustar todas las condiciones del ensayo y anotarlas 4. %omenzar la prueba mediante la aplicación de fuerza (ue crece monótonamente desde cero +asta la necesaria para fracturarla, a una velocidad constante. @. 3omar el tiempo (ue se demora +asta llegar a la ruptura de la probeta. 5. notar las observaciones realizadas. . *edir la longitud final de la probeta dentro de las marcas efectuadas con el marcador en la probeta original, )untando las dos superficies de la probeta. *ida diámetro final de la sección más delgada de la probeta en la zona de fractura.

. POSTA)ORATORIO Pa$a la( #$o,ta( " 8tal 1. %on los datos obtenidos elabore las curvas de esfuerzo deformación ingenieril. 2. ara cada curva de esfuerzodeformación ingenieril obtenida, determinar= el esfuerzo de fluencia 6offset :,2<8, esfuerzo má!imo, esfuerzo a la fractura, elongación por  alargamiento y reducción de área. Obtenga un promedio de estos valores con su desviación estándar. ". #etermine el módulo de resiliencia y el módulo de tenacidad para cada curva. Leporte el valor promedio con su desviación estándar. $. 3ransforme una curva de esfuerzo deformación ingenieril en esfuerzodeformación verdadera. %ompare las propiedades de los materiales ensayados. &. #etermine a partir de la curva de esfuerzodeformación verdadera el coeficiente de endurecimiento n y el valor de B.

Pa$a la( #$o,ta( " #ol8$o( Obtenga los datos especificados en 1 a " para las muestras metálicas.

I&%o$8ac6& a"co&al. 1. Establezca una comparación Entre las propiedades obtenidas para metales y polímeros. uede utilizar tablas y>o gráficos para facilitar la comparación. 2. E!pli(ue por(u/ se forma el encuellamiento de la probeta. ". %ompare las curvas esfuerzo deformación ingenieril con a(uellas reportadas en la literatura para un material cerámico.

PARTE ): ENSAYO DE DUREZA A. INTRODUCCIÓN 0a dureza da una medida de la resistencia de un material a la deformación plástica localizada. En estos ensayos se mide la profundidad o tamao de la +uella de penetración resultante, lo

cual se relaciona con un n-mero de dureza cuanto más blando es el material, mayor y más  profunda es la +uella, y menor es el n-mero de dureza. El penetrador o indentador es elaborado de un material muc+o más duro (ue el (ue se va a ensayar y por tanto no sufre deformación. El ensayo de dureza es muy -til para inspecciones o control de calidad de los metales. El e(uipo de medida de dureza se conoce como durómetro, el cual utiliza penetradores de forma esf/rica, cónica o piramidal. ara realizar el ensayo, la muestra de superficie plana se coloca sobre una superficie rígida y el penetrador es presionado sobre el material a ensayar, en condiciones controladas de carga y velocidad de aplicación de la carga. 0as durezas medidas tienen solamente no tienen un significado absoluto como el esfuerzo tensil, y por tanto es necesario tener precaución al comparar durezas obtenidas por t/cnicas distintas. 9o obstante, los ensayos de dureza son muy conveniente para comparar de forma relativa la dureza de un material similar ba)o condiciones similares de ensayo. or otra parte, cuando se +a comprobado (ue e!iste una correlación entre dureza y otras propiedades para un material en  particular, esta medida puede ser utilizada para decidir sobre la necesidad de realizar otros ensayos o no.

). TIPOS DE ENSAYOS DE DUREZA E!isten varios tipos de ensayo de dureza= . l rayado= resistencia (ue oponen los materiales al ser rayados por otros más duros y se usa  para determinar la dureza de los minerales. or e)emplo= ensayo de *o+s, *artens, a la 0ima. H. enetración= resistencia (ue oponen los materiales a de)arse penetrar por otros más duros. or e)emplo= m/todo LocB?ell, Hrinell, 7icBers. %. #inámicos= Leacción o resistencia elástica de un material al c+ocar contra un cuerpo más duro. #. #esgaste. *ide la resistencia del material a la abrasión o desgaste por efectos mecánicos, cuando está en contacto con otro material. En la práctica se ensayarán distintos ensayos de dureza de penetración.  continuación se e!pone el fundamento general de los cuatro tipos de ensayos empleados, cuya elección de una t/cnica u otra dependerá del tipo del material.

Du$!a RocFll. El ensayo de dureza LocB?ell constituye el m/todo más usado para medir la dureza debido a (ue es muy simple de llevar a cabo y no re(uiere conocimientos especiales. 'e basa en la resistencia (ue oponen los materiales a ser penetrados, se determina la dureza en función de la  profundidad de la +uella, por lo (ue se pueden utilizar diferentes escalas 6, H, %, #, ;, A, etc8 (ue provienen de la utilización de distintas combinaciones de indentadores y cargas, lo cual  permite ensayar prácticamente cual(uier metal o aleación. Entre los indentadores para metales duros se utiliza un cono de diamante de ángulo 12:P 6grados8, y para los semiduros y blandos un indentador con bola de acero 6carburo de tungsteno8 de 1>14Q ó 1>5Q. 'e determina un n-mero de dureza a partir de la diferencia de profundidad de  penetración (ue resulta al aplicar primero una carga inicial pe(uea 6precarga8 6;o8 y despu/s una carga mayor 6;18, como se muestra en la ;igura 1. 0a utilización de la carga pe(uea aumenta la e!actitud de la medida. Hasándose en la magnitud de las cargas mayores y menores. 0a carga menor es de 1: Bgf, mientras las cargas mayores son 4: Bgf, 1:: Bgf y 1&:Bgf 

;igura 1. enetradores de bolas.

S8,olo " I&"&ta"o$ la (cala

Ca$a 8ayo$ 9@

A#lcaco&(

A

#iamante

4:

)

1::

C

Esfera de 1>14 ul ada #iamante

Ac$o( t$ata"o( y (& t$ata$. Mat$al( 8uy "u$o(. a8&a( "u$a( y "la"a(. Ac$o( $coc"o( y &o$8al!a"o(.

1&:

Ac$o( t$ata"o( tH$8ca8&t

D

#iamante

1::

Ac$o( c8&ta"o(

E

1:1

Mtal( ,la&"o( y a&t%$cc6&.

4:

)$o&c $coc"o.

/

Esfera de 1>5  pulgada Esfera de 1>14 ul ada Esfera de 1>14  pulgada

1&:

)$o&c %o(%o$o(o y ot$o( 8at$al(.

G

Esfera de 1>5  pulgada

4:

E(%$a " 1;J #ula"a

1&:

Mtal( ,la&"o( co& #oca o8o&"a"4 %u&"co&( co& ,a( $$o. A#lcaco&( a&>loa( al t#o a&t$o$.





0a lectura se efect-a una vez retirada la carga má!ima de ensayo, manteniendo la carga inicial o  precarga, y se traduce directamente en una escala de dureza LocB?ell, las distintas escalas y especificaciones de los identadores, cargas y aplicaciones se detallan en la 3abla 1.

3abla 9P1. Escalas LocB?ell

%uando se especifica dureza LocB?ell, debe indicarse además del n-mero de dureza, el símbolo de la escala utilizada. 0a escala se designa por el símbolo GR 6Aardness LocB?ell8 seguido por  una identificación de la escala. or e)emplo !! ALH representa una dureza LocB?el de !! en la escala H.

Du$!a )$&ll. En este tipo de dureza se utiliza una bola de acero templado, en el cual se emplean un indentador  con diámetros 6#8 de 2.&, & o 1:mm 6;igura 28, una fuerza  contra el material a ensayar, despu/s de liberar la carga se mide el diámetro 6d8 de la +uella con un dispositivo amplificador óptico. Este procedimiento es apropiado sólo para materiales blandos y así mismo para materiales con macroestructura +eterog/nea como las fundiciones, pero la desventa)a al LocB?ell consiste en (ue +ay (ue realizar mediciones del diámetro de la +uella para calcular la dureza.

0a dureza de Hrinell es un valor adimensional resultante de=

 !

=

2 "

#$ ( $

−

√  $

2

−

d

2

)

E(. 1& = carga aplicada en Bgf  #= diámetro de la bola del indentador en mm d= diámetro medio de la +uella en mm

u$a 2. I"&ta"o$ "u$!a )$&ll 0a dureza Hrinell se denota como G), pero con la adición de sufi)os (ue indi(uen el diámetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicación de la misma. or e)emplo= !! AH 1:>&::>":. Esta notación indica una dureza Hrinell de !! medida con una bola de 1: mm de diámetro y una carga de &:: Bgf. aplicada durante ": s.

Du$!a +c$(. El ensayo de dureza 7icBers, llamado ensayo universal, es un m/todo (ue permite medir una amplia gama de materiales y se usa en la medida de microdureza, ya (ue permite aplicar cargas muy pe(ueas sobre piezas muy delgadas. En este tipo de dureza, un penetrador de diamante muy pe(ueo y de geometría piramidal cuadrada de diamante con ángulo 1"4P, es forzado en la superficie de la muestra 6;igura "8 .

;igura ". Identación tipo 7icBers. 0a marca resultante se observa al microscopio y se mide la longitud de las diagonales de la +uella generada esta medida es convertida en un n-mero de dureza mediante la e!presión

  =1.8544

( )  " d

E(.

2

14 = carga aplicada en Bgf  d= #iagonal media de la +uella en mm.

0as longitudes de las diagonales del rombo nos dan una estimación de la dureza del material, es decir, (ue tanto penetró el diamante. ara e!presar el valor de dureza 7icBers, se realiza citando las siglas G+ seguido de la carga utilizada, , y del tiempo de permanencia, t, separado por barras, por e)emplo= !! A7 1::>1&, indica una dureza 7icBers de !! medida, una carga de 1:: Bgf aplicada durante 1& s.

Du$!a So$. 0a dureza s+ore, se basa en la reacción elástica del material sometido a la acción dinámica de un  percutor (ue despu/s de +aber c+ocado con la superficie de la probeta rebota +as una cierta altura= el n-mero de dureza '+ore se deduce de la altura alcanzada en el rebote.  mayor dureza del material, menor la profundidad de penetración y mayor es la carga (ue tendremos (ue aplicar. E!isten distintas escalas de medida adaptadas a distintos tipos de material, como se especifica en la 3abla 2. 3abla 2. Especificaciones de dureza tipo '+ore.

E(cala '+ore  '+ore H '+ore % '+ore # '+ore #O '+ore O '+ore OO '+ore OOO

P&t$a"o$ cono truncado "&P de ángulo %ono en punta ":P de ángulo %ono truncado "&P de ángulo %ono en punta ":P de ángulo Hola ">"2 pulgada Hola ">"2 pulgada Hola ">"2 pulgada Hola 1>12 pulgada

Ca$a 9%@ 552 522 $&"4 $&"4 $&"4 522 11" 11"

A#lcac6& Fomas blandas, plásticos y elastómeros, rodillos de impresión Elastómeros y plásticos duros. apeles y materiales fibrosos. Elastómeros y plásticos de dureza media. Evita marcas en la superficie de la pieza. Fomas duras y plásticos tipo termoplásticos, plataformas y bolic+es. *ateriales granulares densos y bobinas te!tiles Elastómeros muy blandos, bobinas te!tiles, ,materiales granulares blandos Espumas ligeras y espon)as Feles y espon)as

D. E*ECUCIÓN DE A PRACTICA DE DUREZA. PROCEDIMIENTO EKPERIMENTA 1. #iscutir las consideraciones de seguridad con el instructor de laboratorio. 2. Legistrar el e(uipo, especificaciones de los materiales utilizados en la práctica. ". reparar la probeta para obtener 2 superficies planas y paralelas por cual(uier m/todo de desbaste.

$.  Para obtener la dureza Rockwell , se escoge la escala a utilizar dependiendo del material de la probeta. 'i no conocemos (ue identador utilizar para el material de ensayo, comenzar usando los indentadores más duros al menos duro. &. 'e presiona contra la probeta el indentador. 4. plicar la precarga. @. plicamos la carga seg-n la escala utilizada. 5. Letiramos la carga y mantenido de la previa. . Legistramos el valor medido en la pantalla. 1:. Lepetir en las mismas condiciones 2 indentaciones más, para reportar un valor promedio. 11. #iscutir los resultados del ensayo con su instructor. 12.  Para obtener la dureza Brinell , de la superficie de un material se presiona contra la  probeta una bola de acero con determinado diámetro #. 1". 'e mantiene el indentador alg-n tiempo ba)o la carga  aplicada. 1$. 'e retira la carga y se miden dos diámetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, con ayuda de un microscopio. 1&. 'e sustituyen los valores en la fórmula para obtener el valor de la dureza Hrinell. 14. Lepetir en las mismas condiciones 2 indentaciones más, para reportar un valor promedio. 1@.  Para obtener la dureza Vickers, de la superficie de un material se presiona contra la  probeta un indentador piramidal. 15. 'e mantiene el indentador alg-n tiempo ba)o la carga . 1. 'e retira la carga y se miden las dos diagonales, de la +uella de)ada, con ayuda de un microscopio. 2:. El valor medio y el valor de la carga se sustituyen los valores en la fórmula para obtener  el valor de la dureza 7icBers. 21. Lepetir en las mismas condiciones 2 indentaciones más, para reportar un valor promedio.

C. CONDICIONES DE SE/URIDAD 1. 'eguir las instrucciones del profesor en todo momento. 2. tilizar mandil durante la práctica. ". or salvaguardar los e(uipos, cerciórese (ue las probetas a ensayar tengas caras planas y  paralelas. El no +acerlo podría daar el indentador. $. %erciorarse con (ue material se va a traba)ar, en el caso de escoger un indentador menos duro al del material de la probeta, se puede deformar el indentador. &. *antener limpia el área de traba)o, durante y despu/s de la práctica .

D. E*ERCICIOS PREA)ORATORIO 1. Indi(ue los tipos de dureza y los tipos de durómetros para ensayos de penetración 2. n engrane reci/n fabricado fue verificado en un laboratorio. no de los ensayos realizados fue el de dureza en la superficie y otro en el n-cleo de la pieza, siendo sus resultados &::A7 y 2::A7, respectivamente. a. Indi(ue el significado de las unidades en (ue vienen e!presados los valores de

,.

dureza y en (ue consiste el m/todo utilizado. E!pli(ue, en función de su aplicación posterior, (ue se persigue con la obtención de diferentes durezas en el engrane fabricado.

=. 'i se realizó un ensayo Hrinell con una carga de 2&:Bgf, y un penetrador de un diámetro # de &mm, obteni/ndose una +uella con un área de ","& mm2. %ompruebe si se acertó

L.

al elegir el tamao del penetrador y la carga. 6#>$ R d R #>28 #etermina la longitud de las diagonales de la +uella (ue de)ará el penetrador sobre un

.

material de dureza 4": A7 &:. Aemos templado el acero al carbono y para conocer su dureza utilizamos el m/todo 7icBers. 0a carga aplicada +a sido de ":Nf y las diagonales d1K:,2& mm y d2K:,24 mm. se pide= a. El valor de la dureza del acero. ,. E!presar el valor de la dureza 7icBers si el tiempo es de 1& s.

E. CUESTINARIO 1. 2. ". $. &. 4. @. 5.

STu/ dureza se utiliza para materiales metálicosU STu/ dureza se utiliza para materiales polim/ricosU SEs posible +acer ensayos LocB?ell a láminas delgadasU STu/ durómetro se utiliza para fundiciones de +ierro d-ctilU SEs posible utilizar dureza Hrinell en aceros de ba)o carbono, e!pli(ueU STu/ dureza se aplica en aceros tratados superficialmente, e!pli(ueU S%on (u/ tipo de dureza puede medir la dureza de las fases en una microestructuraU S0a dureza Hrinell se determina en función de la profundidad de la +uellaU E!plí(uelo