Brinell Y Vickers.docx

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES PRÁCTICA N°6 ENSAYO DE DUREZA VICKERS

PRACTICA Nº 6 ENSAYO DE DUREZA VICKERS

1. OBJETIVOS: Al culminar la presente práctica, el alumno estará capacitado para:  

Conocer las principales características de los equipos de medición de dureza Vickers. Medir adecuadamente la dureza de materiales por el sistema Vickers.

2. MARCO TEÓRICO: Introducida en 1925 por Sandland Vickers en Inglaterra, este ensayo de dureza se deriva directamente del método Brinell. El ensayo Vickers es una prueba de dureza por penetración, en la cual se usa una maquina calibrada para aplicar una carga por medio de un penetrador (indentador) piramidal de diamante sobre la superficie del material bajo prueba. El ensayo consiste en hacer sobre la superficie de una probeta una huella con un penetrador en forma de piramide recta de base cuadrada con determidanos ángulo entre las caras opuestas, y medir las diagonales de dicha huella despues de quitar la carga.

El ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales, es decir, la resistencia de un material al ser penetrado. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°. Se emplea para láminas delgadas hasta 0,15 mm, y no se lee directamente en la máquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente fórmula:

Donde: d= diagonal promedio en mm P= fuerza aplicada en kgf Este ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza Brinell. Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más ligeras que las utilizadas en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la fórmula antes mencionada. Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior, se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este ensayo, además, puede usarse en superficies no planas. Sirve para medir todo tipo de dureza, y espesores pequeños. Según ASTM E 92-82 define la dureza Vickers como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador piramidal de base cuadrada que tiene un ángulo entre caras específico, bajo una carga predeterminada, contra la superficie del material a ser ensayado y se mide la diagonal resultante de la impresión luego de remover la carga. Notación:

Aplicaciones: Como ya se ha indicado, el ensayo de dureza Vickers se recomienda para materiales con durezas superiores a 500 HB. Los ensayos Brinell y Vickers proporcionan resultados muy parecidos hasta un valor de 300 HB. A partir de los 300 HB la deformación de la bola puede falsear los resultados obtenidos mediante el ensayo Brinell, por lo que se recomienda usar el ensayo Vickers a partir de los 300 HB. El ensayo de dureza Vickers tiene ciertas ventajas frente a otros métodos de ensayo para calcular la dureza, como son: • • • •

En el ensayo Vickers los espesores de los materiales ensayados pueden ser mucho más pequeños que los del ensayo Brinell (hasta 0,2 mm). Se puede utilizar el ensayo Vickers en materiales con superficies cilíndricas o esféricas. El ensayo Vickers se puede utilizar tanto para materiales muy duros como en materiales blandos. El ensayo Vickers es el ensayo más sensible para realizar el cálculo de la dureza de los materiales.

3. MATERIALES Y EQUIPOS: Materiales.   

Acero SAE 1045. Acero SAE 1020. Aleación de Bronce.

Herramientas. 

Papel Lijar.

Maquinas. Equipos. 

Durómetro Vickers.

Equipo de protección personal.    

Lentes de protección. Mandil Protector. Zapatos de Seguridad. Guantes de cuero.

4. PROCEDIMIENTO: 

Primero nos colocarnos nuestro equipo de protección personal



Luego el profesor de practica nos dio dos barras de acero y una de bronce, las cuales las tenemos que lijar.



El profesor de practica nos dio 5 lijares de los cuales uno es de metal y 4 son de agua.

Lijar parea metal 100

Lijar al agua 220

Lijar al agua 400

Lijar al agua 600

Lijar al agua 1000



La parte superior la lijas hasta que no queden deformaciones visibles, dejar lo más liso que puedas. La parte inferior lijarla hasta que este equilibrada. Nota: Lijar en una sola dirección

Tienes que lijar la parte superior e inferior



Seguido debes de colocarlo en la plataforma del aparto de ensayo Rockwell. Plataforma

manivela



Luego graduar la dureza y la carga que se le dará al material.

Para graduar la carga

Para graduar el tipo de dureza 

Seguido debes de girar la manivela hacia la derecha hasta que toque la barra de metal.



Seguido debemos de mirar la pantalla hasta llegar a la línea que aparecerá.

Mirando el lado derecho de la pantalla hasta que llegue a 100 hasta que aparezca una palabra SET



Luego tenemos que nivelar la línea con la línea negra.

Esto nos ayudara a nivelar la línea



Después vamos a girar la manilla, esperaremos 15 segundos y lego volvemos a girar la manilla



Por medio del microscopio con un lente de 5x sacaremos el diámetro. En el microscopio podremos ver una escala numérica y una línea vertical, las cuales nos ayudaran para hallar el diámetro.

Microscopio

En este ensayo apreciamos una luz verde

5. RSULTADO Y ANÁLISIS: P= 60 kgf (Para todas las probetas)

1 2 3

MEDICIONES 1 2 3

4

d1

d2

552

112

563

98

0.88

0.93

MATERI AL Acero 1020 Acero 1045

ESC ALA B C

100

461

485

111

Bronce

B

404

593

573

20

DURE ZA 135.85

CAR GA 60

0.722 0.748

205.96

60

0.378 1.106

202.09

60

OBSERVACIONES Utilizamos una carga de 60Kg=588N Utilizamos una carga de 60kg=588N Utilizamos una carga de 60kg=588N

6. CONCLUSIONES:  

Conocimos las principales características de los equipos de medición de dureza Vickers. Medimos adecuadamente la dureza de materiales por el sistema Vickers.

7. RECOMENDACIONES:

8.ANEXOS Y ACTIVIDADES: Cuestionario: 1. ¿En qué casos se utilizará la prueba de dureza Vickers? Se debe utilizar para hallar la dureza de materiales duros y blandos. Para materiales blandos(HRB) se utiliza una bola de diamante y para materiales duros (HRC) un cono de acero con punta de diamante. Se puede utilizar el ensayo Vickers en materiales con superficies cilíndricas o esféricas. En el ensayo Vickers los espesores de los materiales ensayados pueden ser mucho más pequeños que los del ensayo Brinell (hasta 0,2 mm). 2. ¿Cuáles son las principales diferencias entre el ensayo Vickers y el ensayo Rockwell? ENSAYO VICKERS       

La dureza vicker se obtiene de manera indirecta, mediante una fórmula. Como penetrador se utiliza una pirámide regular de base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136º. Las cargas aplicadas son más pequeñas que en el ensayo Brinell (oscilan entre 1 y 120) Kp. La más empleada es de 30 Kp. El tiempo de aplicación oscila entre 10 y 30 segundos, siendo 15 segundos el más empleado. Se recomienda para durezas superiores a 500 HB. Los espesores de las piezas pueden ser muy pequeños (hasta 0,2 mm). Puede medir dureza superficial por la poca profundidad de la huella.

ENSAYO ROCKWELL     

La dureza Rockwell se obtiene de manera directa. Se diferencia de los anteriores en que la medida de la dureza se hace en función de la profundidad de la huella y no de su superficie. Es válido para materiales duros y blandos. Para materiales blandos (HRB200) el penetrador es un cono de diamante de 120º en la punta (HRC). Es un ensayo rápido y fácil de realizar, pero menos preciso que los anteriores. No se requiere personal especializado.

3. Determinar la longitud de las diagonales de la huella que dejara el penetrador sobre un material de dureza 630HV50. 𝐻𝑉 = 1.8544 ×

𝑃 𝑑2

𝑑 2 = 1.8544 ×

𝑃 𝐻𝑉

𝑑 2 = 1.8544 ×

50𝐾𝑔𝐹 630

𝑑 ≈ 0.384𝑚𝑚

4. Una pieza es sometida a un ensayo de dureza utilizando el método vickers. Sabiendo que la carga utilizada es 500N y que se obtiene una huella cuya diagonal es 322 um, calcular la dureza Vickers de la pieza 𝐻𝑉 = 1.8544 ×

𝑃 𝑑2

𝑃=

𝐻𝑉 = 1.8544 ×

𝑃 𝑑2

𝑃 = 51𝐾𝑔 𝐹

𝐻𝑉 = 1.8544 ×

51𝐾𝑔𝐹 (322 × 10−3 𝑚𝑚)2

500𝑁 9.8𝑚/𝑠 2

𝐻𝑉 = 912.141 𝐻𝑉 ≈ 912 ANEXO 1

DIFERENCIAS ENTRE DUREZAS

9. BIBLIOGRAFÍA: https://www.google.com.pe/search?q=diferencias+entre+ensayo+vickers+y+rockwell&r lz=1C1CHZL_esPE756PE756&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKE wikrvX0r-zaAhUptlkKHercB6QQsAQIkwE#imgrc=m59VFxadLs332M: http://www.buenastareas.com/ensayos/Cuales-Son-Las-Principales-DiferenciasEntre/27315557.html http://www.fullmecanica.com/definiciones/d/1031-dureza-vickers

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CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES PRÁCTICA N°7 ENSAYO DE DUREZA BRINELL DECENTE: Ing. Jean Carlo Díaz Saravia INTEGRANTES:     

Cuti Cuti Judith Iquise Jalanoca Lucia Maciel Laura Luque Kelly Monroy Mamani Karina Valdeiglesias Carbajal Pedro Grupo 01 2018

PRACTICA Nº 7 ENSAYO DE DUREZA BRINELL 1. OBJETIVOS: Al culminar la presente práctica, el alumno estará capacitado para:  

Conocer las principales características de los equipos de medición de dureza Brinell. Medir adecuadamente la dureza de materiales por el sistema Brinell.

2. MARCO TEÓRICO: Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método más antiguo para medir la dureza. Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En un ensayo típico se utiliza una bola de acero de 10 mm de diámetro, con una fuerza de 3000 kilogramos. Se mide el diámetro de la huella dejada por la bola en la superficie del material, para poder hallar la dureza Brinell. El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga. Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie de la huella:

Donde: D= diámetro de la bola en mm F= es la carga aplicada en kgf d= es el diámetro medio de la indentación en mm Notación:

63 HB 10/500/30 Esta notación indica una dureza Brinell de 63 medida con una bola de 10mmm de diámetro y una carga de 500 kgf aplicada durante 30s. Relación de Carga y Grado de fuerza Grados de carga o fuerza. Es la relación entre la carga o fuerza aplicada y el diámetro del indentador de bola al cuadrado. Grado de carga = F/D²

en Kgf/mm²

Para poder ajustar exactamente la fuerza del ensayo y que los resultados sean comparables se han normalizado algunos grados de carga: 30, 10, 5, 2.5, 1.25 Los valores de dureza son comparables solamente si se determinan con los mismos grados de carga y los mismos tiempos de penetración. Aplicación: El ensayo Brinell se desarrolló por primera vez a finales de 1800 por el ingeniero sueco que dio nombre a esta prueba. Su objetivo era encontrar un método que controlase la calidad/dureza del acero, y para ello se utilizó un cojinete de bolas para vía férrea que golpease el material, y así medir el tamaño de la marca. En ese momento, el tamaño estándar del cojinete de bolas era de 10 mm, y así en 1900 nació oficialmente el ensayo Brinell. El ensayo Brinell se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular como, por ejemplo, los materiales forjados o de fundición. La dureza máxima permitida para Brinell es 650 HBW a fin de no deformar el penetrador. 3. MATERIALES Y EQUIPOS: 

  

Materiales. o Acero SAE 1045. o Acero SAE 1020. o Bronce. Herramientas. o Papel Lijar. Maquinas. Equipos. o Durómetro Brinell.



Equipo de protección personal. o Mandil protector. o Guantes. o Lentes protectores. o Guantes de cuero.

4. PROCEDIMIENTO: 

Primero nos colocarnos nuestro equipo de protección personal



Luego el profesor de practica nos dio dos barras de acero y una de bronce, las cuales las tenemos que lijar.



El profesor de practica nos dio 5 lijares de los cuales uno es de metal y 4 son de agua.

Lijar parea metal 100

Lijar al agua 220

Lijar al agua 400

Lijar al agua 600

Lijar al agua 1000



La parte superior la lijas hasta que no queden deformaciones visibles, dejar lo más liso que puedas. La parte inferior lijarla hasta que este equilibrada. Nota: Lijar en una sola dirección

Tienes que lijar la parte superior e inferior



Seguido debes de colocarlo en la plataforma del aparto de ensayo Rockwell. Plataforma

manivela



Luego graduar la dureza y la carga que se le dará al material.

Para graduar la carga

Para graduar el tipo de dureza



Seguido debes de girar la manivela hacia la derecha hasta que toque la barra de metal.



Seguido debemos de mirar la pantalla hasta llegar a la línea que aparecerá.

Mirando el lado derecho de la pantalla hasta que llegue a 100 hasta que aparezca una palabra SET



Luego tenemos que nivelar la línea con la línea negra.

Esto nos ayudara a nivelar la línea



Después vamos a girar la manilla y esperaremos 15 segundos.



Luego volvemos a girar la manilla



Por medio del microscopio con un lente de 2.5x sacaremos el diámetro. En el microscopio podremos ver una escala numérica y una línea vertical, las cuales nos ayudaran para hallar el diámetro.

Microscopio

En este ensayo apreciamos una luz amarilla

5. RSULTADO Y ANÁLISIS: D=2.5 P=62.5 (bronce) P=187.5 (Acero 1020 y 1045)

1

MATERI AL Acero 1020

MEDICIONES ESCA 1 2 3 LA B 208 506 450

4

d1

d2

169

DURE CARG ZA A 1.192 1.124 167.90 187.5

2

Acero 1045

C

161

415

122

371

1.016 0.996 225.92 187.5

3

Bronce

B

288

525

185

424

0.948 0.956 84.496 62.5

OBSERVACI ONES Utilizamos una carga de 187.5Kg=183 7.5N Utilizamos una carga de 187.5kg=1837 .5N Utilizamos una carga de 62.5kg=612.5 N

6. CONCLUSIONES:  

Conocimos las principales características de los equipos de medición de dureza Brinell. Medimos adecuadamente la dureza de materiales por el sistema Brinell.

7. RECOMENDACIONES:

8. ANEXOS Y ACTIVIDADES: 1. ¿En qué casos se utilizará la prueba de dureza Brinell? El ensayo Brinell se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular como, por ejemplo, los materiales forjados o de fundición. La dureza máxima permitida para Brinell es 650 HBW a fin de no deformar el penetrador. 2. ¿Qué características particulares presenta el ensayo de dureza Brinell?      

La lectura del ensayo no se halla de manera directa. No se puede realizar sobre piezas esféricas o cilíndricas. No es fiable en materiales muy duros y de poco espesor. Para que el error del ensayo por deformación del material no sea muy grande, debe cumplirse: D/4 < d < D/2 Por aproximación puede conocerse el tipo de acero que se ensaya mediante la relación: %C = (HB – 80) / 141 Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de136°. Este ángulo se eligió para que la bola Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella.

3. Una pieza de acero se ha sometido al ensayo de dureza Brinell. Sabiendo que el diámetro de la bola es de 10mm y que el diámetro de la huella es de 4mm, hallar la dureza de la pieza. 2𝑃 𝐻𝐵 = 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷 2 − 𝑑 2 ) 2 ∗ 3000 𝐻𝐵 = 𝜋 ∗ 10(10 − √102 − 42 ) 𝐻𝐵 = 288.76 𝐻𝐵 ≈ 289 4. Para determinar la dureza Brinell de un material se ha utilizado una bola de 5mm de diámetro y se ha elegido una constante de 30 (grado fuerza), obteniéndose una huella de 2.3mm. de diámetro. Calcular:  Dureza Brinell de material. 2𝑃 𝐻𝐵 = 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷 2 − 𝑑 2 ) 2 ∗ 750 𝐻𝐵 = 𝜋 ∗ 5(5 − √52 − 2.32 ) 𝐻𝐵 = 170.39 𝐻𝐵 ≈ 170



Profundidad de la huella.

𝐷

𝑑

𝐶 = √( 2 )2 − ( 2 )2 5

2.3

ℎ=

𝐷 2

−𝐶

5

𝐶 = √(2)2 − ( 2 )2

ℎ = 2 − 2.19

𝐶 = 2.19

ℎ = 0.31

ANEXO 1

ANEXO 2

ANEXO 3

TABLA COMPARATIVA DE DUREZAS

9. BIBLIOGRAFIA https://www.academia.edu/9819790/CARACTERISTICAS_DE_LOS_ENSAYOS_BRI NELL https://www.struers.com/es-ES/Knowledge/Hardness-testing/Brinell# http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html https://es.slideshare.net/vlady71/ensayo-de-dureza?next_slideshow=1