153440066-informe-1-ensayo-de-dureza.docx

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

INTRODUCCION………………………………………………………………………………..3

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MARCO TEORICO o

DEFINICION DUREZA………………………………………………………………..4

o

METODO BRINELL……………………………………………………………...…...5

o

METODO ROCKWELL……………………………………………………………….7

o

METODO VICKERS…………………………………………………………………..9

o

METODO SHORE…………………………………………………………………...10

o

METODO LEEB……………………………………………………………………...11



REALIZACION DEL ENSAYO



MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS ...……………………………………………….12





o

EQUIPO BRINELL…………………………………………………………………...12

o

EQUIPO ROCKWELL ...…………………………………………………………….13

o

EQUIPO VICKERS.………………………………………………………………….14

o

EQUIPO SHORE…………………………………………………………………….14

PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS o

METODO BRINELL………………………………………………………………….15

o

METODO ROCWELL ANALOGICO Y DIGITAL………………………………….15

o

METODO VICKERS…………………………………………………………………17

o

METODO SHORE…………………………………………………………………...17

o

METODO LEEB……………………………………………………………………...17

DATOS CALCULOS Y RESULTADOS o

ENSAYO BRINELL………………………………………………………………….18

o

ENSAYO ROCKWELL……………………………………………………………...18

o

ENSAYO VICKERS…………………………………………………………………22

o

ENSAYO SHORE…………………………………………………………………...23

o

ENSAYO LEEB……………………………………………………………………...23



OBSERVACIONES…………………………………………………………………………...24

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RECOMENDACIONES………………………………………………………………………25

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CONCLUSIONES…………………………………………………………………………….26



BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….27



ANEXOS ……………………………………………………………………………28

CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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Cuando se observa un material, se describe por sus características más visibles como el color, tamaño, forma, masa y entre otras características perceptibles a los sentidos. Sin embargo no son las únicas que presentan estos materiales, por el contrario; a través de pruebas se pueden constatar algunas propiedades que presentan, como temperatura de fusión, tenacidad, elasticidad, dureza, etc. La última propiedad descrita se hará presente en el siguiente informe de laboratorio, dando a conocer los distintos métodos para la medición de la dureza en distintos materiales, detallando paso a paso cada método utilizado. El objetivo principal a presentar en el siguiente informe es ejecutar distintos procedimientos para la toma de dureza de diferentes materiales, y hacer una comparación cualitativa entre materiales, para determinar cuál es el más conveniente en el uso de la ingeniería. Además se busca como objetivos específicos también, encontrar una definición para el término de dureza, distinguir entre las diferentes clases de durómetros que existen y sus respectivos usos, aprender a utilizar las escalas y hacer equivalencias entre ellas, mencionar algunas ventajas y desventajas de la medición de dureza, para la determinación de distintas propiedades de un material y emplear las fórmulas respectivas en cada método para poder tener cálculos numéricos y hacer las comparaciones respectivas. Para todos los objetivos mencionados anteriormente, es importante tener en cuenta que la determinación de la dureza tomará como base la penetración, es decir; en el siguiente informe se medirá la dureza por penetración utilizando distintos procedimientos como son: 

El método Brinell,



El método Vickers,



El método Rockwell (analógico y digital)

También se medirá tomando como base el rebote con el siguiente método:  El método Shore (escleroscopio) y el método Leeb. Cabe mencionar también que se mencionó que se harán comparaciones, por lo que se utilizarán distintos materiales como son: el aluminio recocido, el cobre, el bronce, el acero SAE1010 y el acero SAE1045. Cada uno de estos pasará por los distintos durómetros y serán medidos en sus escalas correspondientes obteniendo de este modo su dureza, para finalmente sacar las conclusiones debidas de la experiencia realizada en el laboratorio con cada uno de los materiales. CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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DEFINICIONES DE DUREZA

La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza. Pero algunas de estas definiciones son: 1) Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración). 2) Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote) 3) Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste). 4) Resistencia al rayado (dureza por rayado). En general; se entiende por dureza entonces, resistencia de un material a la deformación plástica. Los métodos desarrollados para medir la dureza consisten en producir una deformación local, en el material que se ensaya, a través de un identador. Para que un valor de dureza sea útil y permita su comparación debe estar acompañada de la indicación del método utilizado y las condiciones del ensayo. Los diferentes métodos utilizados más comunes para medir la dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:  Ensayos estáticos en lo que la carga se aplica en forma estática o cuasiestática. En este caso un identador se presiona contra la superficie de ensayo con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el identador en la superficie, como es el caso de los métodos Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la identación como en el ensayo Rockwell.  Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En este caso el identador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de Shore y en el de Leeb.

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MÉTODO BRINELL.- Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método o ensayo más antiguo para medir la dureza. Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra Fig. 1. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que:

𝐻𝐵 =

𝑃 𝑘𝑔 [ ] 𝜋ℎ𝐷 𝑚𝑚2

La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina,

mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material. Otra manera de determinar el número HB es partiendo del diámetro d de la impresión lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente diseñados para tal fin. Para aquello la fórmula queda definida así:

𝐻𝐵 =

2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )

En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y en otros una depresión Fig. 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta en forma práctica es dificultosa.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA La carga a aplicar depende del material a probar y del cuadrado del diámetro de la bola del penetrador, es decir: P=K.D2, donde K es el coeficiente empleado para cada clase de material, siendo estos mayor para los materiales duros y menor para los materiales blandos. Para esto los coeficientes elegidos son: MATERIALES K(coeficiente) Hierro y aceros 30 Cobre, bronce y latones 10 Aleaciones ligeras 5 Estaño y plomo 2.5 Con respecto al espesor de la probeta y a la carga aplicada al material se tiene la siguiente tabla: Espesor de la probeta (pulgadas)

Dureza Brinell mínima para la cual un ensayo Brinell puede ofrecer seguridad CARGA DE 500kg CARGA DE 1500kg CARGA DE 3000kg

1/16 100 301 602 1/8 50 150 301 3/16 33 100 201 1/4 25 75 150 5/16 20 60 120 3/8 17 50 100 La siguiente tabla muestra una relación entre el espesor de la probeta, el diámetro del penetrador y las presiones empleadas: ESPESOR DE LA PROBETA “e” (mm)

e>6 3<e<6 e<3

Diámetro del penetrador (mm)

10 5 2.5 1.25 0.625 También para este método en el siguiente cuadro:

30 30 D2

CONSTANTES DE ENSAYO K 10 5 2.5 CARGAS EN kg 10 D2 5 D2 2.5 D2

3000 1000 750 250 187.5 62.5 46.9 15.6 11.7 3.91 se debe tener en cuenta

MATERIALES Hierro y aceros Cobre, bronce y latones Aleaciones ligeras Estaño y plomo

500 125 31.2 7.81 1.953 el tiempo de

1.25 1.25 D2

250 125 62.5 31.2 15.6 7.8 3.91 1.95 0.977 0.488 aplicación, resumido

TIEMPO (s) 10 < t < 30 30 60 < t < 120 120

Finalmente para aclarar todos los puntos del ensayo Brinell, debe darse la denominación, que se efectúa mediante el siguiente símbolo: HB (D/P/T) Donde D es el diámetro del penetrador, P la carga aplicada y T el tiempo de duración del ensayo. CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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MÉTODO ROCKWELL.-Se define la dureza Rockwell como un método de ensayo por identación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un identador cónico esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o

una bola de acero

endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones específicas de carga. a) PENETRADOR DE DIAMANTE.- Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de 0.2 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen influencia importante en el valor de la dureza. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas.

b) PENETRADOR ESFÉRICO DE ACERO.- Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales.

En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba. CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA En el siguiente cuadro se verán las escalas de dureza Rockwell. Símbolo de la escala

Penetrador (pulgadas)

Carga mayor (kg)

A

Diamante

60

B C D E F G

Esfera de 1/16 Diamante Diamante Esfera de 1/8 Esfera de 1/16 Esfera de 1/16

100 150 100 101 60 150

H

Esfera de 1/8

60

K

Esfera de 1/8

150

L

Esfera de ¼

60

M

Esfera de ¼

100

P

Esfera de ¼

150

R S V

Esfera de ½ Esfera de ½ Esfera de ½

60 100 150

Aplicaciones Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas. Aceros recocidos y normalizados. Aceros tratados térmicamente. Aceros cementados. Metales blandos y antifricción. Bronce recocido. Bronce fosforoso y otros materiales. Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Metales duros con poca homogeneidad, fundición de fierro Metales duros con poca homogeneidad, fundición de fierro Metales duros con poca homogeneidad, fundición de fierro Metales muy blandos Metales muy blandos Metales muy blandos

En el siguiente cuadro se verán las escalas de dureza Rockwell superficial. Símbolo de la escala

Penetrador (pulgadas)

Carga mayor (kg)

15N

Diamante

15

30N 45N 15T 30T 45T 15W 30W 45W

Diamante Diamante Bola de 1/16 Bola de 1/16 Bola de 1/16 Bola de 1/8 Bola de 1/8 Bola de 1/8

30 45 15 30 45 15 30 45

Aplicaciones Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Aplicaciones análogas al tipo anterior. Bronce, latón y aceros blandos Bronce, latón y aceros blandos Bronce, latón y aceros blandos Bronce, latón y aceros blandos Bronce, latón y aceros blandos Bronce, latón y aceros blandos

Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia: 

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒: 𝐻𝑅 = 100 −



𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜: 𝐻𝑅 = 130 − 0.002

ℎ 0.002

ℎ

Finalmente para dar el número de dureza en este tipo de ensayo se utiliza: PHRE; donde P es la carga utilizada y E es la escala con que se midió.

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MÉTODO VICKERS.- La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide, como se muestra en las figuras.

De esta manera el valor de dureza Vickers resulta:

𝐻𝑉 =

𝑃 136 2𝑠𝑒𝑛( ) 8𝑙 2 2

Dado que 𝑙 2 = 𝑑2 /2 se puede obtener una expresión en función de la diagonal d, la cual resulta:

𝐻𝑉 =

1.854𝑃 𝑑2

Donde P: carga aplicada en N, d: diagonal media de la huella en mm

𝑑=

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𝑑1 +𝑑2 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA También es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de penetración h de la siguiente manera:

𝐻𝑉 =

𝑃 136 √ 136 4ℎ2 tan( ) 1 + 𝑡𝑎𝑛2 ( ) 2 2

Ya sea en la determinación de d o h se requiere una exactitud de 0,001 mm y el valor de d resultará del promedio de ambas diagonales. Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el espesor y tipo de material. En general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más usadas. De esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la carga, así HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.

MÉTODO SHORE.- Mediante este método la dureza se mide por la altura que alcanza el rebote de un cuerpo al caer de una altura fija sobre la superficie del material que se ensaya. La máquina o equipo usado para medir esta dureza es el esclerómetro o Escleroscopio Shore; que consta de un martillo que pesa1/22 onza, el cual tiene forma cilíndrica con punta de diamante redondeado. La altura de caída es de 10 pulgadas dividida en 140 partes, este durómetro no produce huella en el material ensayado. Tabla e dureza Shore para materiales comunes: Material Casco duro Goma ebonita Rueda dura de skateboard Ruedas sólidas de tractor Rueda blanda de skateboard Parche de rueda de vehículo Sellador de puertas Banda de goma Sorbothane Sorbothane Pegamento de bicicleta Goma de mascar

Durómetro 75 100 98 50 75 70 55 25 40 0 15-30 20

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Escala D A A D A A A A OO A OO OO

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MÉTODO LEEB.- El método de medición LEEB se utilizó por primera vez en 1978. Se define por la relación entre la velocidad de rebote de un cuerpo percutor con respecto a su velocidad de percusión multiplicada por 1000. Para un grupo de materiales específico (acero, aluminio) la dureza Leeb establece una relación directa con sus condiciones de dureza. (HB, HV, HRC). Por tanto los valores de dureza de Leeb se calculan siguiendo la fórmula:

𝐻𝐿 = 1000𝑥(

𝑉𝑏 ) 𝑉𝑎

Donde: HL: valores de dureza Leeb, Vb: Tensión producida durante el rebote del cuerpo percutor, Va: Tensión producida durante el impacto del cuerpo percutor. Los valores de dureza de Leeb se pueden convertir en otras escalas de dureza directamente como HV, HRC, HRB, HB y HS. Debido a que los valores de dureza de Leeb se producen de la respuesta de los elementos deberían ser expresados según su elemento de impacto cuando se convierte en otras escalas de dureza, por ejemplo: El valor de dureza de Leeb 510HLD debería ser expresado como se indica abajo cuando se convierte en la escala de dureza de Rockwell HRC 510, 20 HRCLD En la que: 510 Valores de dureza de Leeb, 20 valores de dureza convertidos, HRC objeto convertido, L método de medición, D elemento de impacto D.

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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS EQUIPO BRINELL: 

Durómetro

Brinell

Avery

Denison

Limited

Leeds

LS102DE

de

funcionamiento hidráulico.

Figura 1. Durómetro brinell y placa del laboratorio 4 de la FIM-UNI



Una barra de aluminio.

Figura 2. Barra de aluminio de 137.1x102.3x11.1 mm



Una carga de 500kg.

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EQUIPO ROCKWELL:



Un durómetro analógico Rockwell marca Wilson y un durómetro digital.

Figura 3. Durómetro Rockwell analógico (izquierda) y digital (derecha) del laboratorio 4 de la FIM-UNI



Probetas lisas de 1/2 pulgada.

Figura 4. Probeta de aluminio

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EQUIPO VICKERS: 

Durómetro Vickers marca Leitz de fabricación alemana.

Figura 5. Durómetro Vickers del Instituto de Motores de la FIM-UNI



Una prensa para poner en paralelo la mesa de apoyo y la probeta.

Figura 6. Prensa de Instituto de Motores de la FIM-UNI



Probetas y un plastilina

EQUIPO SHORE: 

Durómetro Shore

Figura 7. Durómetro Shore

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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTOS DE LOS ENSAYOS MÉTODO BRINELL (HB): 1. Para medir la dureza de la barra de aluminio se debe verificar primero que el equipo se encuentre en condiciones aceptables para realizar la medición luego se colocó la carga en el durómetro que para este caso fue de 500 kg. 2. Una vez puesta la carga, se verifica que la bola del penetrador de 10 mm de diámetro este puesta fijamente en el durómetro. 3. Se coloca la barra de aluminio, que previamente ha sido pulida y limpiada, sobre la mesa de medición del durómetro verificando que esta se paralela a la superficie de la barra de aluminio a medir. 4. Una vez colocada la barra de aluminio se enciende la bomba hidráulica y por medio de la volante acercamos el material puesto en la mesa de medición hacia el penetrador. 5. Se verifica la posición en cero de la caratula indicadora y luego se acciona la carga a través de la palanca. 6. Tomamos el tiempo que demora en estabilizarse la caratula indicadora para luego levantar la palanca y apagar el equipo. 7. Por ultimo alejamos el material del penetrador a través de la volante y observamos la huella que dejo la billa al penetrar el material de aluminio.

METODO ROCKWELL (HRB/HRC): ANALÓGICO: 1. Para proceder a realizar el ensayo primero se debe verificar que el equipo a utilizar se encuentre en las condiciones apropiadas. Es decir, que el equipo permita la aplicación de la carga inicial, de la sobrecarga y a la ves garantice el retiro de esta de forme lenta y uniforme evitando vibraciones y choques. 2. Una vez verificada la condiciones favorables del equipo y de haber colocado el penetrador en el durómetro procedemos a colocar la probeta en la mesa de apoyo de forma plana y rígida de manera que se apoye perfectamente y no sufra desplazamiento durante el ensayo. Previamente la superficie en contacto debe estar limpia y libre de materias extrañas.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA 3. El penetrador debe ponerse en contacto perpendicularmente a la superficie de la probeta. Luego de ello se aplica la carga inicial de P0 = 10 Kg que produce una penetración inicial h0. Una vez alcanzada esta carga se ajusta la caratula indicadora haciendo que la aguja coincida con el de lectura. 4. Por ultimo aplicamos la sobrecarga de P1 = 90 Kg y luego de unos segundos que toma en estabilizarse la aguja indicadora se ha logrado la penetración máxima. Retiramos la sobrecarga y realizamos la lectura en el equipo.

Figura 8. Proceso de penetración en tres fases

DIGITAL: 1. Para realizar la medición respectiva, primero verificamos que el equipo mida los valores correctos de dureza. Para lo cual se usa un patrón de dureza. Y luego se comprueba que la dureza medida del patrón coincida con la dureza especificada en ella. 2. Luego de comprobar el correcto funcionamiento se procede a medir la dureza de la probeta que previamente ha sido pulida y limpiada de impurezas.

Figura 9.Vista del penetrador y medición digital.

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METODO VICKERS (HV): 1. Para realizar el ensayo de dureza Vickers se verifica que el equipo esté en condiciones que favorezcan obtener resultados no erróneos. Esencialmente el penetrador de diamante, el cual tiene un ángulo en el vértice entre caras de 136°. 2. Luego se revisa que la superficie de la probeta este completamente limpia y libre de impurezas. Seguidamente utilizamos la plastilina y la prensa para poner a la probeta perpendicular al penetrador. 3. Colocamos la carga correspondiente al equipo, y por último luego de retirar la carga procedemos a la medición de las diagonales con la ayuda del microscopio.

Figura 10. Vista de las diagonales producidas por la punta piramidal

MÉTODO SHORE (HS): 1. Para realizar el ensayo Shore se verifica que el durómetro se encuentre en buenas condiciones mediante un patrón. 2. El material a realizar para el ensayo no debe presentar imperfecciones y de preferencia que sea plano, para que de ese modo se facilite la experiencia. 3. Apoyar el durómetro con el material y mantenerlo firme hasta que aparezca el número de dureza

MÉTODO LEEB (HS): 1. Definir primero la escala y el durómetro a utilizar en el equipo, luego de aquello poner un patrón para probar que el equipo esté en aptas condiciones. 2. Coger el instrumento martillo y colocarlo sobre el material, luego ejercer una pequeña presión, presionarlo hasta que suene un click, finalmente retirar y observar los resultados en la pantalla conectada al instrumento.

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PARA EL ENSAYO BRINELL (HB) 

Material utilizado : Aluminio



Carga utilizada (P) : 500Kg



∅ bola o penetrador (D) : 10mm



Tabla de datos obtenidos – HB (10/500/30)

∅ de la huella obtenida en la experiencia (mm) 1

2

3

4

5

2.75

2.80

2.92

2.87

2.892

Promedio (d) 2.8464

Para calcular la dureza Brinell se utiliza la siguiente fórmula:

𝐻𝐵 =

2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )

Reemplazando valores:

𝐻𝐵 =

2(500) 𝜋 ∗ 10(10 − √102 − 2.84642 )

= 76.9896

Calculando el error:

%𝐻𝐵𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 − 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝐿𝑎𝑏. × 100% 𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝐿𝑎𝑏.

%𝐻𝐵𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

30 − 76.9896 × 100% = −0.6103% 76.9896

PARA EL ENSAYO ROCKWELL (HR) 

Tipo de prueba : Normal



Tipo y tamaño del penetrador : Bola de 1/16’’



Cargas utilizadas : 60Kg y 100Kg



Escalas: F y B

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Tabla de datos obtenidos en el laboratorio

En el equipo Rockwell analógico Promedio (HRF y HRB) 49.67

Material

Escala

Carga(Kg)

1° Medición

2° Medición

3° Medición

Aluminio

F

60

48

47

54

Cobre

F

60

92

93.5

94

Bronce

F

60

90.5

90.5

93

93.17 91.33

B

100

85

83.5

81.8

83.43

B

100

95

93.4

94.3

94.23

Acero SAE 1010 Acero SAE 1045

En el equipo Rockwell digital: Material

Escala

Carga(Kg)

1° Medición

2° Medición

3° Medición

Aluminio

F

60

45.8

51.4

49.67

Cobre

F

60

92.3

89.8

94.4

48.96 92.17

Bronce

F

60

90.5

90.6

90.1

90.4

B

100

77.3

80.4

82.1

79.93

B

100

93.6

93.4

93.4

93.47

Acero SAE 1010 Acero SAE 1045

Promedio (HRF y HRB)

Se procede a calcular la profundidad de penetración hecha por cada material, mediante la siguiente fórmula:

𝑓 = 𝛿 = (130 − 𝐻𝑅 ) × 0.002(𝑚𝑚) PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN

En el equipo Rockwell analógico Material Aluminio Cobre Bronce Acero SAE 1010 Acero SAE 1045

Dureza promedio (HRF Y HRB)

Profundidad de penetración

Resultado (mm)

49.67 93.17 91.33

(130-49.67)*0.002 (130-93.17)*0.002 (130-91.33)*0.002

0.16066 0.07366 0.07734

83.43

(130-83.43)*0.002

0.09314

94.23

(130-94.23)*0.002

0.07154

CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA En el equipo Rockwell digital Material

Dureza promedio (HRF Y HRB)

Profundidad de penetración

Resultado (mm)

48.96 92.17 90.4

(130-48.96)*0.002 (130-92.17)*0.002 (130-90.4)*0.002

0.16208 0.07566 0.0792

79.93

(130-79.93)*0.002

0.10014

93.47

(130-93.43)*0.002

0.07306

Aluminio Cobre Bronce

PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN(mm)

Acero SAE 1010 Acero SAE 1045

MATERIAL vs PENETRACIÓN (ROCKWELL ANALÓGICO) 0.2 0.15

ALUMINIO COBRE

0.1

BRONCE

0.05

SAE 1010

0

SAE 1045 ALUMINIO

COBRE

BRONCE SAE 1010 SAE 1045 MATERIAL

PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN(mm)

Gráfica 1: Comparación entre profundidad de materiales

MATERIAL vs PENETRACIÓN (ROCKWELL DIGITAL) 0.2 0.15

ALUMINIO COBRE

0.1

BRONCE

0.05

SAE 1010

0

SAE 1045 ALUMINIO

COBRE

BRONCE SAE 1010 SAE 1045

MATERIAL

Gráfica 2: Comparación entre profundidad de materiales CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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Hacemos una tabla de comparaciones de la escala F para la escala B. En el Rockwell analógico.

Material

Escala

Promedio (HRF)

Promedio (HRB)

Aluminio

F

49.67

28.864

Cobre

F

93.17

66.3936

Bronce

F

91.33

62.8714

Acero SAE 1010

B

-

83.43

Acero SAE 1045

B

-

94.23

En el Rockwell digital. Material

Escala

Promedio (HRF)

Promedio (HRB)

Aluminio

F

48.96

28.4513

Cobre

F

92.17

65.6809

Bronce

F

90.4

62.2312

Acero SAE 1010

B

-

79.93

Acero SAE 1045

B

-

93.47

Procedemos a calcular los errores obtenidos para cada material mediante la siguiente formula:

%𝐸 =

𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑑𝑖𝑔𝑖𝑡𝑎𝑙 − 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑎𝑛𝑎𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜 × 100% 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑎𝑛𝑎𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑜

Material

Promedio digital

Promedio analógico

%E

Aluminio

48.96

49.67

-1.4294

Cobre

92.17

93.17

-1.07331

Bronce

90.4

91.33

-1.0183

Acero SAE 1010

79.93

83.43

-4.195

Acero SAE 1045

93.47

94.23

-0.8065

CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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PARA EL ENSAYO VICKERS (HV) 

Pesa utilizada : 0.2Kg

Para calcular la dureza con el método Vickers se utiliza la siguiente fórmula:

𝐻𝑉 =

1.854𝑃 𝑑2

En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos y la dureza Vickers correspondiente a cada material. MATERIAL

d (mm)

Peso (Kg.)

Dureza (HV)

ALUMINIO

0.073

0.2

69.597

COBRE

0.055

0.2

122.605

BRONCE

0.0502

0.2

147.1723

ACERO SAE 1010

0.05

0.2

148.352

ACERO SAE 1045

0.041

0.2

220.6306

MATERIAL vs DUREZA VICKERS 250

DUREZA HV

200 150

ALUMINIO

100

COBRE BRONCE

50

ACERO SAE 1010

0

ACERO SAE 1045

Grafica 3: Barras de dureza Vickers de cada material

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PARA EL ENSAYO SHORE (HS) 

Materiales

utilizados

:

Caucho(polímero

deformables)

y

casco

de

plástico(polímero no deformable) 

Tipos : A y D

Los datos obtenidos en el laboratorio se dan a mostrar en la siguiente tabla:

Tipo A (caucho)

Tipo D (casco)

87.5 90 89

63 67 65 66.5 63

Promedio Tipo A: HS= 88.833 Promedio Tipo D: HS= 64.9

PARA EL ENSAYO LEEB (HL)  Material utilizado: Acero aleado Grupo 1

Resultados

2

774

3 4 5

774

785

791 790

Promedio para la dureza del acero aleado con el durómetro Leeb: HL= 782.8

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 Se deben calibrar las maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en una misma escala.  El valor obtenido durante el ensayo de dureza Brinell varía con la carga aplicada, y esta puede variar en un intervalo que está influenciado por la dureza del material y por el acabado superficial.  En el ensayo de dureza Rockwell verificar que este aplicada correctamente la carga inicial de 3 o 10 Kg. Después de aplicar la carga inicial se debe coincidir la aguja con el cero del indicador de dureza, tratando de que la aguja este vertical y apuntando hacia arriba.  La profundidad hallada en el ensayo Rockwell, indica menos dureza para el material.  Todos los durómetros deben marcar inicio o cero antes de realizar una experiencia.  Se observa que los errores obtenidos son menos del 5%, lo que hace notar que las experiencias fueron realizadas correctamente y con los cuidados respectivos.  La dureza Vickers y la dureza Brinell deben arrojar valores similares para el aluminio, pero se observa que tienen una pequeña desviación, lo que demuestra la incertidumbre en los resultados.

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 Informarse previamente sobre la realización de los ensayos de dureza antes de iniciar dicha práctica, asegurándote de este modo saber lo teórico antes de la experiencia.  Se debe evitar realizar las penetraciones muy pegadas, deben de estar distanciadas correctamente para evitar cálculos erróneos.  Siempre asegurarse que el penetrador este de forma perpendicular con la superficie de la probeta.  Al observar por el microscopio durante el ensayo de dureza Vickers se debe verificar cuidadosamente que la diagonal con la línea sean paralelas.  Siempre utilizar un patrón para los durómetros, de este modo se verifica que esté funcionando correctamente.  Asegurarnos

adecuadamente

que

los

materiales

estén

en

perfectas

condiciones, es decir limpios de impurezas, correctamente pulidos, lijados con el fin de que la superficie sea plana, lo que mejora los resultados en la experiencia.  Las mediciones se deben hacer varias veces de este modo se trabaja con el promedio y se logra reducir la incertidumbre en el experimento.  Esperar el tiempo correcto durante el funcionamiento de los durómetros, para que los datos que se obtengan de estos sean más exactos.

CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

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 Para usos en la ingeniería el material más conveniente vendría a ser el aluminio, debido a que es liviano y presenta una dureza regular.  Se concluye en todas las experiencias que los materiales más duros son los que tiene en su composición más carbono o mayor porcentaje de estos, en este caso lo aceros SAE 1010 y acero SAE 1045 son los más duros entre todos los materiales.  Si se combinan materiales pueden mejorar sus propiedades mecánicas, por ejemplo la combinación del aluminio con el cobre es conocida como duraluminio.  El ensayo Brinell, el más antiguo de todos; no puede ser utilizado para todos los materiales debido a que tiene restricciones, por lo que se utilizan otros ensayos de dureza como Rockwell, Vickers, Leeb, etc.  El ensayo Leeb es el más rápido de todos debido a que convierte todo tipo de dureza a sus equivalencias con otras durezas y lo más importante aún, en diferentes escalas.

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 William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial McGrawHill, 1998.  Donald Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial Thomson Editores, 3era edición, 1998.  William Callister, “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”, Editorial Reverté S.A PAGINAS DE INTERNET  Guía de laboratorio: http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-de-losmateriales/2012/ii/guia-3.pdf  Ensayos de dureza: http://es.pdfcoke.com/document_downloads/direct/71088955?extension=pdf&ft=1 349018130<=1349021740&uahk=gYXDm7T9tfPVgePc4Rn2HYv+6cw  Apuntes de dureza: http://es.pdfcoke.com/document_downloads/direct/71054323?extension=pdf&ft=1349 020071<=1349023681&uahk=NFYP4dp9bMmf67DU8dcNmpzzzvQ

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Anexo 1: Tabla de comparaciones entre durezas

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Anexo 2: Gráfica de valores para convertir durezas

CIENCIA DE MATERIALES: ENSAYO DE DUREZA

2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Anexo 3:

MEDICIÓN DE DUREZA EN SOLDADURAS Las partes soldadas suelen requerir la medición de dureza en la zona afecta por el calor (HAZ heat afeccted zone) para decidir si es necesario un tratamiento térmico posterior o no. Por ejemplo, si la dureza de la zona afectada térmicamente (HAZ) es muy alta, esto se debe a que se ha formado una cantidad excesiva de martensita y pueden aparecer grietas. La zona HAZ puede ser muy delgada (menos de 3mm de ancho) y por lo tanto para obtener una idea confiable del estado de dicha zona la medición de dureza requiere identaciones pequeñas. Solo con cargas de 5 a 10 kg se pueden obtener valores de dureza Vickers cuya identación no escapa de la zona afectada. Con métodos como el Brinell, los métodos por rebote, o el método de Poldi, la identación suele abarcar más allá de la zona afectada. En la tabla siguiente, se indica la aplicabilidad de los métodos: por rebote, UCI (Ultra Sonic Contac Impedance) y TIV (Through-Identer-Viewing), en diferentes casos, considerando los criterios y consideraciones enunciadas. Aplicabilidad de los métodos por rebote UCI y TIV en diferentes casos.

Aplicación Método UCI, Método por Rebote, Método TIV

Aplicación

Método UCI

Método por rebote

Método TIV

Parte sólidas

+

++

++

-

++

O

O

++

O

Soldaduras-HAZ

++

-

++

Tubo (espesor >20µ)

++

++

++

Tubo (espesor <20µ)

++

-

++

O

-

++

-

+

-

++

-

+

Fund., piezas forj. y de grano grueso Aleaciones de acero y aluminio

Planchas metálicas, bobinas de chapa Superficies no homogéneas Espesores o recubrimientos delgados

++ especialmente apropiado/ + apropiado/ O apropiado según las condiciones/ - no recomendado

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