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Instituto Tecnológico de Celaya
Ingeniería MecánicaIngeniería de Materiales Metálicos
Practica 1 – Ensayo de Dureza
Anguiano Guadián Sergio Arturo
Baltazar Moreno Cristian Estefano
De la Paz Aceves Raúl Gerardo
Rosas López Josué
Valencia Ángel Paulo Sergio
Introducción
31/Marzo/2014
Presentación: ___________________
Ortografía: _____________________
Redacción: _____________________
Formato: ______________________
Contenido: _____________________
Introducción
Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la
deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales
inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador o
penetrador), de determinada forma y dimensiones.
Durante las mediciones estandarizadas de dureza Vickers se hace penetrar un indentador de
diamante en forma de pirámide de cuatro caras con el valor del ángulo del vértice de la pirámide
estándar α = 136°.
Figura 1. Identador Piramidal (Vickers).
El estándar 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. [1]
Imagen 1. Máquina de Prueba de Dureza. Imagen 2. Identadores Para prueba Vickers.
AluminioIngeniería de Materiales Metálicos 31/Marzo/2014
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El aluminio es el tercer elemento más abundante sobre la Tierra (después del oxígeno y del
silicio), pero, hasta finales del siglo XIX, era costoso y difícil de producir.
Éste posee una combinación de propiedades que lo convierten en un material extremadamente
útil en ingeniería. Tiene una densidad baja (2.7 gramos/cm3), que le confiere una utilidad
particularmente importante para el transporte de productos manufacturados. También, tiene
buena resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos naturales debido a la película de
óxido que se forma en su superficie.
El aluminio se puede conformar con facilidad, tiene una elevada conductividad eléctrica y
térmica, y a bajas temperaturas no presenta una transición de dúctil a frágil. No es tóxico y se
puede reciclar mediante sólo el 5% de la energía que fue necesaria para su fabricación a partir de
la alúmina. Esta es la razón por la cual tiene tanto éxito el reciclaje del aluminio. Las propiedades
físicas benéficas del aluminio incluyen un comportamiento no magnético y su resistencia a la
oxidación y a la corrosión.
Aunque la conductividad eléctrica del aluminio de la clase conductor eléctrico (EC) es como el
62% que la del cobre, su peso ligero lo hace más apropiado como conductor eléctrico para
muchas aplicaciones industriales.
El aluminio puro tiene una resistencia tensil de unos 13000 psi, sin embargo, grandes
incrementos en resistencia se obtienen mediante el trabajado en frío o por aleación. Algunas
aleaciones, adecuadamente tratadas en forma térmica, se aproximan a resistencias tensiles de
100000 psi. Sin embargo, el aluminio no exhibe un límite de resistencia a la fatiga verdadero, por
lo que en algún momento, incluso a esfuerzos reducidos, puede ocurrir la falla debido a la fatiga.
Debido a su bajo punto de fusión, el aluminio no funciona bien a temperaturas altas. Además, las
aleaciones de aluminio tienen dureza baja y, en consecuencia, su resistencia al desgaste es pobre.
El aluminio muestra una buena respuesta a los mecanismos de endurecimiento. Sus aleaciones
pueden llegar a ser hasta 30 veces más resistentes que el aluminio puro. [2]
A este bloque (Imagen 3) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 10, 15.625 y 20 kg de peso.
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Imagen 3. Bloque de Aluminio
Acero
El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro
combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría
adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en
pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio.
Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste
muy poco a la deformación plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se
alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento
de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar
preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero
al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales
como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio. [3]
Clasificación de Acero
Para clasificar el acero se pueden utilizar varios métodos:
Según el contenido de carbono:
Hipoeutectoides: Cuando su contenido en carbono varia de 0 al 0.87%.
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Eutectoides: Cuando el carbono alcanza el 0.88%.
Hipereutectoides: Cuando el carbono contenido oscila entre 0.88% al 1.7%.
Según su utilización:
1. Aceros de fácil deformación en frio.
2. Aceros para tratamientos termoquímicos.
3. Aceros estructurales de alta resistencia mecánica.
4. Aceros para herramientas y matrices.
5. Aceros inoxidables.
6. Aceros para otras aplicaciones.
Según su método de fabricación o manufactura: Este da lugar a acero Bessemer, de hogar
abierto, de horno eléctrico, de crisol, acero al oxígeno, etc.
Según su composición química: Este método indica por un sistema numérico el contenido
aproximado de los elementos importantes en el acero. [4]
A esta pieza (imagen 4) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 20, 30, 40 kg de peso.
Imagen 4. Pieza de Acero
Cobre
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El cobre es un metal duro, de color rojizo, inerte y pesado, extraordinariamente dúctil y maleable.
Después de la plata (Ag), el cobre es el mejor conductor de la electricidad. El cobre,
químicamente es resistente a los agentes atmosféricos, y no se corroe fácilmente a temperaturas
normales. En la actualidad se sabe que el cobre: destruye microorganismos y bacterias existentes
en el ambiente, impide la fijación de algas y organismos marinos.
El cobre tiene una alta compresibilidad, al igual que otros elementos del subgrupo IB (metales).
La densidad del cobre varía de 8.90 a 8.95 [ ] 3 g cm. La resistividad del alambre de cobre
recocido de 1m de largo, con un peso de 1g y con una densidad de 8.89 [ g/c m3] fue de 0.017241
[Ωmm2
m]. Normalmente, la conductividad eléctrica del cobre disminuye al aumentar la
temperatura. La conductividad térmica del cobre puro va desde 2780 [W/m•K] cerca de 0 °K
hasta 177 [W/m•K] en 2273 °K, con un máximo de 19600 [W/m•K] en alrededor de 10 °K. [5]
Propiedades térmicas:
Punto de Fusión: Tm=1084.88 °C.
Calor de Fusión: ΔHf =134
Calor de Vaporización: ΔHv =3630 [J g]
Calor de sublimación a 1299 °K: ΔH =3730 [J g]
Punto de Ebullición: tb=2595 °C
Conductividad Térmica: 398 [W m•K]
Coeficiente de expansión térmica a 20°C: 16.7 (µm/m/°C)
Calor Especifico a 20 °C: Cp = 0.092 [cal g]
A este placa (imagen 5) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 10,20 y 30 kg de peso.
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Imagen 5. Placa de cobre.
Resultados
Aluminio
Prueba
Carga aplicada Longitud de Diagonal Dureza Vickers Dureza Promedio Dureza Real
1 10 kg 31 mm94.5531
kgf
mm2
98.7769kgf
mm2107
kgf
mm2
2 15.625 kg 38.3 mm96.7672
kgf
mm2
3 20 kg 41.8 mm104.0104
kgf
mm2
Acero
Prueba Carga aplicada
Longitud de Diagonal
Dureza Vickers
Dureza Promedio
Dureza Real (Acero templado)
1 20 kg 26.7 mm254.9217
kgf
mm2230.9841
kgf
mm2140
kgf
mm2
2 30 kg 33.6 mm241.4583
kgf
mm2
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3 40 kg 43 mm196.5724
kgf
mm2
Cobre
Prueba Carga aplicada Longitud de Diagonal Dureza Vickers Dureza Promedio Dureza Real
1 10 kg 29.9 mm101.6382
kgf
mm2
116.1669kgf
mm240
kgf
mm2
2 20 kg 34.5 mm152.6832
kgf
mm2
3 30 kg 53.8 mm94.1794
kgf
mm2
Conclusiones
Al finalizar la práctica concluimos que los materiales metálicos tienen distintas durezas, así como
también es distinta su ductilidad, pero no solo la dureza cambia al hacer un estudio en distintitos
materiales.
Realizamos tres pruebas a cada uno de los materiales (aluminio, acero, cobre) en diferentes áreas
de su superficie, obtuvimos distintos resultados en cada una de las pruebas, esto se debe a que el
material que estamos probando pudiera tener defectos o deformaciones en su estructura debido a
distintos factores como pueden ser el tratamiento térmico, tipo de aleación, porosidades, etc.
Así al obtener tres distintos resultados de dureza de un solo material las promediamos para tener
una aproximación más exacta a la dureza real del material y decimos aproximación porque
aunque sea el mismo material la dureza puede variar por los diversos factores antes mencionados.
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Proceso Ilustrado
Imagen 6. Colocación y enfoque de la pieza Imagen 7. Enfoque en Pantalla (70x).
en la Máquina.
Imagen 8. Selección de la fuerza de Imagen 9. Inicio de prueba (identador
presión. penetrando la pieza 15s).
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Imagen 10. Revisión y medición de huella Imagen 11. Medida final de la diagonal
Con Vernier
Memorias de Cálculo
HV =1.8544 ( P
d2 )P=Fuerza Aplicada
d=Medidade diagonal
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Aluminio
Prueba #1 d=31 mm70
=0.4428 mm
HV =1.8544 ( 10 kgf
(0.4428 mm )2 )=94.5531kgf
mm2
Prueba #2 d=38.3 mm70
=0.5471mm
HV =1.8544 ( 15.625 kgf
(0.5471mm )2 )=96.7672kgf
mm2
Prueba #3 d= 41.8 mm70
=0.5971 mm
HV =1.8544 ( 20 kgf
(0.5971mm )2 )=104.0104kgf
mm2
Promedio de Pruebas
P 1+P 2+P 33
=94.5531+96.7672+104.01043
=98.7769kgf
mm2
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Acero
Prueba #1 d=26.7 mm70
=0.3814 mm
HV =1.8544 ( 20 kgf
(0.3814 mm )2 )=254.9127kgf
mm2
Prueba #2 d=33.6 mm70
=0.48 mm
HV =1.8544 ( 30 kgf
(0.48 mm )2 )=241.4583kgf
mm2
Prueba #3 d= 43 mm70
=0.6142 mm
HV =1.8544 ( 40 kgf
(0.6142mm )2 )=196.5724kgf
mm2
Promedio de Pruebas
P 1+P 2+P 33
=254.9217+241.4583+196.57243
=230.9841kgf
mm2
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Cobre
Prueba #1 d=29.9 mm70
=0.4271mm
HV =1.8544 ( 10kgf
(0.4271mm )2 )=101.6382kgf
mm2
Prueba #2 d=34.5 mm70
=0.4928 mm
HV =1.8544 ( 20 kgf
(0.4928mm )2 )=152.6832kgf
mm2
Prueba #3 d=53.8 mm70
=0.7685 mm
HV =1.8544 ( 30 kgf
(0.7685mm )2 )=94.1794kgf
mm2
Promedio de Pruebas
P 1+P 2+P 33
=101.6382+152.6832+94.17943
=116.1669kgf
mm2
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Referencias
1. Gabriel Calle, E. H. (s.f.). Universidad Tecnológica de Pereira. Obtenido de http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAVICKERS.pdf
2. Londo Tene Paulo César, T. C. (2010). Desarrollo Tecnológico para la Fundición en Troquel de las Aleaciones de Aluminio ASTM 355 y ASTM 40e. Riobamba – Ecuador: Escuela Superior Politécnica - Facultad de Mecánica.
3. Zapata, J. F. (s.f.). Diseño de elementos de Máquinas. Fundación Universitaria Andaluza Inca Garcilaso.
4. Rafael, M. P. (s.f.). Generación de recubrimiento de cobre sobre acero de bajo carbono. UNAM (Facultad de Ingeniería).
5. (s.f.). Obtenido de http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020119025/1020119025_02.pdf
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