Ensayo Dureza
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
INFORME DE LABORATORIO N° 02
ENSAYO DE DUREZA
Curso : Ciencia de los Materiales (MC 112)
Profesor : Ing. Edwin Bejarano
Sección : «J»
Alumnos
: BALDEÓN ORTIZ DENNIS (20131041G)
FLORES ARTEAGA IVÁN (20132596B)
GARCÍA NÚÑEZ MAYKOL (20131275H)
GUARDIA ECHENIQUE MIGUEL (20131074B)
Rímac, mayo de 2014
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INTRODUCCIÓN
Cada material en nuestro entorno posee características únicas
que como ingenieros necesitamos conocer. En cada proyecto
diseñado, no podemos utilizar cualquier material que aparente
cumplir con el propósito que necesitemos; sino más bien,
debemos tener la plena seguridad de que dicho material
soportará la función que designemos sobre él. La dureza es una
de las propiedades absolutamente necesarias para la utilización
de los mismos.
Debemos tener en cuenta que existen varios métodos para
determinar la dureza de un material, todas ellas no son
comparables entre sí. Solo si son pertenecientes a un método
podremos comparar la dureza. En el presente informe se
utilizara la medición Rockwell y Brinell. El primero consta de
varias escalas, mientras que el segundo se basa en un cálculo,
en función a ciertos elementos explicados más adelante.
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
FUNDAMENTO TEÓRICO
DESCRIPCIÓN DE LOS MATERIALES
DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO
DATOS RECOGIDOS EN EL LABORATORIO
OBSERVACIONES
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
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OBJETIVOS
Conocer la dureza de materiales ampliamente usado en la industria como el
aluminio, bronce y acero.
Comprender el uso de equipos de medición del laboratorio
Entender que una muestra no es homogénea, para tal caso veremos
diferentes mediciones de dureza.
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FUNDAMENTO TEÓRICO
ENSAYO ROCKWELL
En los ensayos de dureza Rockwell, las unidades de dureza se establecen por la
medida de la profundidad, e, de la huella de acuerdo con el modelo:
HR = A - e (mm)/0.002
El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos:
a)Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del
ensayo Brinell. En la tabla se observan diámetros y cargas normalizados para
este tipo de ensayos. En este ensayo, el parámetro A de la expresión 2.50 es
130.
Especificación de penetrador y carga en los distintos en sayos de dureza
Rockwell.
b)Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de
vértice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100 y 150
kilogramos.
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c)Pequeños espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes,
chapas delgadas o también sobre capas endurecidas, cementadas o nitruradas.
En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas cargas especificadas en la
norma, 3 kilogramos de precarga y 15, 30 o 45 kilogramos de carga. Se conoce
este tipo de ensayos como Rockwell superficial.
La denominación de la dureza Rockwell ensayada es por escalas, de A a L, que identifica la precarga, carga y tipo de penetrador.
Con el objeto de obtener ensayos reproducibles, la máquina obtiene el valor "e", por incrementos de las cargas aplicadas de acuerdo con la secuencia siguiente, figura 2.40:
a) Aplicación de una carga previa, F0 = 10 kg. Esta sirve para tomar una referencia h0, independiente del estado superficial.
b) Aplicación de la sobrecarga de ensayo, F1, con lo que se alcanza h1.
c) Eliminación de la sobrecarga F1, con lo que se recupera la deformación elástica y se conserva la remanente. La profundidad alcanzada es h.
d) La profundidad de la huella viene definida por:
e = h - h0
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ESCALAS DE ROCKWELL
En la presente tabla se indica la carga, el penetrador y los materiales con las que se relacionan dichas escalas
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Dureza Brinell
Se denomina dureza Brinell a una escala de medición de la dureza de un
material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto
en el material a estudiar.
Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras
delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de
diferentes diámetros. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10
a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido
es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza
Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio
resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte
en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición,
siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las
fundiciones.
Durómetro
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Fórmula aplicada
Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:
donde:
: carga a utilizar medida en kp.: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].
: diámetro de la huella en superficie en [mm]
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DESCRIPCION DE LOS MATERIALES
Datos de la Máquina:
Nombre: Durómetro digital Rockwell Fabricado por: MITUTOYO Tipo: HARDNESS TESTER Modelo: ATK – F1000 Tipo de Máquina: Máquina de Ensayo de Rockwell
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Datos de la máquina
Precisión: 0.005 mm
Marca: Avery Dennison
Fabricación: Inglesa
Probetas:
Aluminio Bronce Cobre Acero 1020: LISO Acero 1045: CORRUGADO
Personal técnico: Encargado del ensayo TÉCNICO ABRAHAM TAPIA
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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO
Ensayo Rockwell1. Asegurarse que la probeta tenga ambas caras paralelas, para que al
presionar no haya fuerzas axiales, que hagan inexacto al resultado.
2. La superficie debe ser pulida
3. Determinar qué escala es la adecuada para la probeta
4. Colocar la probeta, en el panel digital seleccionar la escala y señalar la
carga e indicar el penetrador a usar
5. Esperar a que la maquina automáticamente nos muestre su dureza
6. Hacer tres veces en cada cara de cada probeta la experiencia
Panel digital de la máquina
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Ensayo Brinell
Es un ensayo de penetración. En el ensayo Brinell son usadas bolas de acero
templado de diferentes diámetros. Para materiales más duros se usan bolas de
carburo de tungsteno. En este ensayo que vamos es utilizando una maquina
calibrada que ejerce una carga a un balín de acero de 10 milímetros de diámetro,
con una fuerza de 500 kg. El valor medido es el diámetro del casquete en la
superficie del material. Para hallar la superficie donde se va a hacer la prueba debe
estar pulida.
1. Se coloca la probeta (en este caso de aluminio) sobre la base de la
máquina, en posición y lista para su contacto con la billa.
2. Se aplica la carga de prueba a velocidad muy baja durante unos 15
segundos aproximadamente, después se retira la carga de manera gradual.
Luego de tener la huella se mide con microscopio de medición para medir el
diámetro de la huella.
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DATOS RECOGIDOS Y RESULTADOS
En el ensayo Rockwell
PROBETA ESCALACARA SUPERIOR CARA INFERIOR
1 2 3 1 2 3
ALUMINIO E 47.354.
454.1
45.
850.4
57.4
COBRE E 95.294.
396.4
97.
593
99.9
BRONCE G 5551.
855.3
54.
447
54
ACERO
1020B 80.3
80.
382.7
85.
481.8
80.4
ACERO
1045B 98.2 98 98
99.
197.8
95.8
Tabla con los datos obtenidos en los 30 ensayos realizados
En el ensayo Brinell
Se hicieron tres pruebas, en la primera el diámetro fue de 4.34 mm; en la segunda, 4.11 mm y en la tercera, 4.31 mm
Se debe hacer uso de la fórmula:
Donde P = 500x9.806 = 4903
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Para el primer caso: 315.01 HB
Para el segundo caso: 353.23 HB
Para el tercer caso: 319.65 HB
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OBSERVACIONES
Cuando de obtiene diferentes mediciones, uno debe basarse en el
resultado estadístico de la moda para saber su dureza en la medición
Rockwell
En el ensayo con la probeta de acero 1045 se seleccionó primero la
escala C, dando como dureza 17.7, por lo que concluimos fue una mala
escala y pasamos a la siguiente (Escala B)
No en todas las probetas pudimos obtener una moda.
No todas las probetas tenían caras paralelas y totalmente planas
Hubo una equivocación del operario porque la billa y la carga no
pertenecía a la escala seleccionada por lo que se obtuvo una incorrecta
medición. (ensayo 1, probeta cobre, cara opuesta)
En el ensayo Brinell solo aplicamos una fuerza de 4903 kilopondios
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CONCLUSIONES
El ensayo Rockwell permite indicar la dureza a una gran cantidad de
materiales debido a sus diferentes escalas
El uso de esta máquina es muy sencillo y la lectura de la dureza es
inmediata, esto es, sin necesidad de hacer algún calculo previo.
Para poder saber que escala emplear, es necesario saber el material del
cual está hecho la probeta
El tiempo necesario para el funcionamiento completo de la maquina está
en orden de los segundos; lo que permitió hacer los treinta ensayos al
cabo de minutos.
Si la lectura es de números negativos entonces utilizar otra escala pues
sería incorrecta dar dicho número como dureza
El ensayo Brinell se usa para materiales blandos comprendidos hasta
los 600 HB
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RECOMENDACIONES
Tener presente que para la medición Rockwell se aplica una fuerza
vertical, por lo que es necesario que el plano (el cual será penetrado)
sea perpendicular a dicha fuerza.
Se recomienda utilizar una escala en la que la medida este comprendida
en el rango de 20 a 100, si da un valor inferior o superior debemos
utilizar otra escala.
Luego de seleccionar la escala debemos tener cuidado de tener la billa y
carga correspondiente a dicha escala.
En los ensayos en una misma probeta, debemos realizar cada medición
con una separación para que la huella anterior no afecte el nuevo
resultado.
En el ensayo Brinell debemos esperar a que la maquina deje de
funcionar para que podamos tener una huella correcta sobre la probeta.
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