rockwell brinell

AMPS 1

Dureza de materiales

Mecánica de sólidos. Control de metales. Resistencia y dureza. Ensayos y cargas

MECÁNICA DE SÓLIDOS

(PRÁCTICAS DE RESISTENCIA DE MATERIALES EN EL SENA)

Ingeniero Metalúrgico:

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA

INGENIERÍA MECATRÓNICA

SENA

BOGOTA II SEMESTRE DEL 2012

Introducción

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción (Para mayor información sobre ensayos a tracción, la encontrara en el marco teórico), uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes micro estructurales del material.

Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

1.- Dureza Brinell

En el ensayo de dureza Brinell una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la

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fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos

El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. Hay una mayor ampliación en este método en la página 6 del marco teórico.

2.- Dureza Vickers

Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor.

El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida las diagonales del rombo de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kg·f) y el área de la superficie lateral de la impresión. Hay una mayor ampliación en este método en la página 10 del marco teórico.

3.- Dureza Rockwell

La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.

El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de medición", caracterizada como A,B,C, etc. y siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en que escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.).

(El proceso de medición con penetrador de diamante es utilizado para materiales duros, como por ejemplo los templados)

La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0 y una posterior P1tal que:

P = P0 + P1

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Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0 sobre la acción de la carga P0que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.

A continuación se aplica la carga P1 y la penetración se acentúa. Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante (solamente actúa P0) determina el número de dureza HR. La escala de los instrumentos de lectura empleados en las máquinas está invertida para permitir una lectura directa.

En los certificados de calidad es común utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16" y la carga P1 vale 100 Kg·f.

En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kg·f es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kg·f y luego efectuada la transformación a la escala HRB utilizando tablas de conversión adecuadas. Hay una mayor ampliación en este método en la página 7 del marco teórico.

Para esta práctica efectuada en el SENA, además de las pruebas de tracción y dureza, también hicimos ensayos de impacto y compresión. Los materiales usados en los ensayos fueron metales como Acero, Aluminio y Latón. Las descripciones pertinentes teóricas de las pruebas efectuadas en la práctica se pueden encontrar en el marco teórico, y en el desarrollo de la práctica se dan a conocer los parámetros en los cuales estas pruebas fueron efectuadas.

OBJETIVOS

Comprobar prácticamente los teoremas y aplicaciones estudiadas teóricamente en clases.

Aprender a manejar la instrumentación para realizar los ensayos mencionados.

Observar el comportamiento bajo las distintas circunstancias de carga aplicadas.

Determinar los tipos de materiales empleados en los diferentes ensayos de la práctica.

Conocer los tipos de probetas normalizadas para estos tipos de ensayos.

MARCO TEÓRICO

ENSAYO DE DUREZA BRINELL (HB)

Es un ensayo mecánico propuesto por el sueco J.A. Brinell en 1900. Es el ensayo de dureza más ordinario. Consiste en una prensa hidráulica de operación manual diseñada para imprimir un indentador sobre la superficie de la probeta analizada; la presión se mide por un manómetro y

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se aplica por medio de una bomba de aceite, la pieza de ensayo se coloca en soporte que puede subir o bajar mediante un tornillo.

Se fuerza un indentador de balín de acero templado o de carburo de tungsteno de un diámetro adecuado a la dureza del material contra la probeta, con una fuerza adecuada igualmente a la dureza del material. El tiempo de aplicación de la fuerza varia entre 10-30 seg. Dependiendo de la aleación examinada; después se quita la carga y se mide el diámetro de la impresión en la probeta con un microscopio o lente especial con un rastreador láser para lectura automática.

El valor así obtenido, aplicado a la formula Brinell o con el uso del grado de dureza. El número de dureza Brinell se define como la fuerza aplicada dividida por la superficie de contacto entre el indentador y la probeta después de haberse retirado el indentador.

Para hallar el grado de dureza brinell, se emplea la siguiente formula:

HB = F / ACE

En donde:

HB : Grado de dureza Brinell

F : Fuerza aplicada al material en el ensayo

ACE : Área del casquete esférico

ACE = (/2) D (D-(D2 - d2)½)

En donde:

- D : Diámetro de la bola de acero

- d : Diámetro de la huella

Por lo que la fórmula completa para la dureza Brinell queda:

HB = F / [(/2) D (D-(D2 - d2)½)]

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Figura 1

Arriba: Huella dejada en el material de prueba en un ensayo Brinell

Derecha: Tipos de puntas normalizadas para ensayos Brinell

Figura 2

En el apéndice encontrara la tabla de grados de dureza Brinell

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL (HR)

Se aplica a materiales más duros que la escala Brinell. En este ensayo se usan penetradores de carburo de tungsteno como bolas de 1/16 de pulgada, 1/8, ¼ y ½ de pulgada, este ultimo para materiales más blandos y en cono de diamante cuyo ángulo en la base es de 120º.

En el test Rockwell el penetrador es forzado contra el material con una fuerza preliminar menor llamada F0 (Figura 4A) usualmente de 10Kpondios. Cuando el equilibrio ha sido alcanzado, un dispositivo indicador, que sigue los movimientos del penetrador y también responde a los cambios en la profundidad de la penetración del indentador, esta establecido a una posición establecida. Cuando la carga menor preliminar es todavía aplicada, una carga mayor es aplicada resultando en un incremento en la penetración (Fig. 4B) Cuando el equilibrio es de nuevo alcanzado, la fuerza adicional se quita, pero la fuerza preliminar es todavía mantenida. El removimiento de la fuerza adicional mayor crea un recubrimiento parcial, que reduce la profundidad de la penetración (Fig. 4C). El incremento permanente en la penetración resulta de la aplicación y removimiento de la fuerza mayor adicional usada para calcular el grado de dureza Rockwell:

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HR = E - e

Figura 3

De donde de la figura y ecuación anterior:

F0 : Fuerza menor preliminar

F1 : Fuerza mayor adicional

F : Fuerza total

e : Incremento permanente en la profundidad de la penetración debido a la mayor fuerza F1, medida en unidades de 0.002 mm

E : Una variable dependiente de la forma del indentador: 100 unidades para el indentador de diamante, 130 unidades para la bola de acero

HR : Numero de dureza Rockwell

D : Diámetro de la bola de acero

Aplicación típica de las escalas de dureza Rockwell

HRA. . . . Los carburos consolidados, acero delgado y en rara ocasión acero endurecido

HRB. . . . Las aleaciones cobrizas, los aceros suaves, aleaciones de aluminio, hierros maleables, etc, HRC. . . . Acero, hierro colado duro, casos de acero endurecido y otros materiales más duro que 100 HRB HRD. . . . Acero delgado, acero endurecido medio y hierro maleable perlático HRE. . . . Hierro colado, aluminio y aleaciones de magnesio , metales productivos HRF. . . . Aleaciones cobrizas templadas, Suaves laminas delgadas Metalicas HRG. . . . Bronce-Fósforo, berilio cobrizo, hierro maleable HRH. . . . Aluminio, cinc, la priman,

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HRK. . . . } HRL. . . . } HRM. . . .}. . . . Los metales productivos suaves, plásticos y otros materiales muy suaves HRP. . . . } HRR. . . . } HRS. . . . } HRV. . . . }

Ver la tabla de dureza Rockwell en el apéndice Pág. 28

Las ventajas del método de dureza Rockwell incluye la lectura del número de dureza Rockwell directo y el rápido tiempo en el ensayo. Las desventajas incluyen muchas escalas arbitrarias no relacionadas y los posibles efectos de el yunque de apoyo de espécimen (¡trate poniendo un cigarrillo debajo de un bloque de una probeta y note el efecto en la lectura de dureza! El método Brinell y Vikers nos sufren de este efecto).

Figura 5: Durómetro universal

Figura 4: Huella en material sometido a. ensayo Rockwell

ENSAYO DE DUREZA VICKERS

Llamado el ensayo universal. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136º. Se emplea Vickers para laminas tan delgadas como 0.006 pulgadas y no se lee directamente en la maquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente formula:

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En la anterior operación se explica el porqué de la constante 1.854, y en donde:

- HV : Dureza Vikers - d : es el diámetro promedio del rombo generado por la penetración en el material:

dPROM = (d1 +d2)/2

En donde:

dPROM : el diámetro promedio

d1 y d2 : don las diagonales del rombo impreso en el material de prueba

Este ensayo constituye una mejora al ensayo de Brinell, se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más livianas que las utilizadas que en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la formula antes mencionada.

Figura 6: Boceto de la prueba VikersFigura 7: Puntas de diamante para Vikers

ENSAYOS DE TRACCION.

Para este tipo de ensayo, los términos ensayo de tensión y ensayo de comprensión se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxialgradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. En un ensayo de comprensión, se logra sometiendo una pieza de material a una carga en los extremos que produce una acción aplastante. En un ensayo de tensión, la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada; en un ensayo de comprensión, la pieza se acorta. Los ensayos estáticos de tensión y de comprensión son los más realizados, además de ser los más simples de todos los ensayos mecánicos. Estos ensayos implican la normalización de las probetas con respecto a tamaño, forma y método de preparación y la de los procedimientos de ensayo.

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Figura 8: Maquina hidráulica universal para ensayos a tracción y compresión

El ensayo de tensión es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no ferrosos, fundidos, laminados o forjados; para los materiales quebradizos (mortero, concreto, ladrillo, cerámica, etc) cuya resistencia a la tensión es baja, en comparación con la resistencia a la comprensión, el ensayo de comprensión es más significativo y de mayor aplicación.

ENSAYOS DINAMICOS DE IMPACTO

Una carga de impacto que produzca esfuerzo, depende de la cantidad de energía utilizada en causar deformación; al tratar los problemas que involucran las cargas de impacto, la manera predominante en que la carga haya de resistirse obviamente determina el tipo de información que se necesita. La meta es proveer margen para la absorción de tanta energía como sea posible a través de acción elástica y luego confiar en alguna clase de contención para disiparla.

En la mayoría de los ensayos para determinar las características de absorción energética de los materiales bajo cargas de impacto, el objeto es utilizar la energía del golpeo para causar la ruptura de la probeta.

La propiedad de un material en relación con el trabajo requerido para causar la ruptura ha sido designada como tenacidad; esta depende fundamentalmente de la resistencia y la ductilidad y parece ser independiente del tipo de carga. No todos los materiales responden de la misma manera a las variaciones de velocidad de la aplicación de la carga; algunos materiales muestran lo que se denomina "sensitividad a la velocidad" en un grado mucho más alto que otros. Ejemplos notorios son el del vidrio ordinario, el cual es perforado con un agujero muy limpio por una bala de alta velocidad, pero se estrella bajo carga concentrada y lenta.

Además del efecto de la velocidad, la forma de una pieza puede mostrar un marcado efecto sobre su capacidad para resistir las cargas de impacto; a temperaturas ordinarias una barra simple de metal dúctil no se fracturará bajo una carga de impacto en flexión. Para poder inducir la ocurrencia de la fractura con un solo golpe, las probetas de un material dúctil se ranuran.

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El ensayo de impacto ideal seria uno en el cual toda la energía de un golpe se transmitiera a la probeta. En realidad este ideal nunca se alcanza; siempre se pierde alguna energía por fricción, por deformación de los apoyos y la masa de golpeo, y por vibración de varias partes de la máquina de ensaye. Al realizar un ensayo de impacto, la carga puede aplicarse en flexión, tensión, comprensión o torsión, siendo la carga flexionante la más común.

Quizás los ensayos de impacto más comúnmente usados para los aceros sean los de Charpy e Izod (en este marco teórico solo se descrita el Charpy, ya que este fue el usado en el ensayo de impacto de esta practica), ambos de los cuales emplean el principio del péndulo. Ordinariamente estos ensayos se hacen sobre pequeñas probetas ranuradas quebradas en flexión; en el ensayo de Charpy, la probeta es apoyada como una viga simple, y en el de Izod se le apoya como un voladizo; los procedimientos para estos ensayos han sido normalizados, y la especificación formal de los límites de la resistencia al impacto ha sido hecha en el caso de los materiales para un número de productos tales como partes de motores de avión, engranes de transmisión, partes para orugas de tractores, aletas para turbinas, Muchos tipos de forjados y tubo y placa de acero para servicio a baja temperatura.

Aspectos generales de las máquinas de impacto. El efecto de un golpe depende tanto de la masa de las partes que reciben el golpe como de la energía y masa del cuerpo golpeante. Los objetos que requieren normalización son la base, el yunque, los apoyos para probetas, la probeta, la masa percutiente y su velocidad. Los aspectos principales de una máquina de impacto, pendular y de un solo impacto, son:

Una masa móvil cuya energía cinética es suficiente para causar la ruptura de la probeta colocada en su camino.

Un yunque y un apoyo sobre el cual se coloca la probeta para recibir el impacto,

Un medio para medir la energía residual de la masa móvil después de que la probeta ha sido rota.

La energía cinética es determinada y controlada por la masa del péndulo y la altura de la caída libre.

El ensayo de Charpy para metales y plásticos. La máquina del tipo Charpy es adquirible en una variedad de tamaños. Un diseño común de maquina se muestra en la siguiente figura:

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Figura 9: Péndulo industrial Charpy de la compañía Ibertest, España

La siguiente descripción del ensayo se basa en los requerimientos de la ASTM E 23; el péndulo consiste en una barra ligera y rígida, situándose un pesado disco en el extremo; el péndulo esta suspendido de una flecha corta que gira en rodamientos de balines y se balancea hasta la mitad de la distancia entre dos postes verticales, cerca de cuya base están los soportes o yunques de las probetas. El percutor esta ligeramente redondeado y debe alinearse de modo tal que establezca contacto con la probeta contra su peralte total en el instante del impacto.

La probeta estándar para ensayos de flexión es una pieza de 10x10x50 mm.ranurada; otros tamaños se usan en casos especiales; en muchas especificaciones comerciales se requiere una ranura en forma de ojo de cerradura o de U. La probeta la cual se carga como una viga simple, se coloca horizontalmente entre los dos yunques, de modo que el percutor golpee el lado opuesto de la ranura a la mitad del claro. El péndulo es elevado hasta su posición más alta y sostenido por un tope ajustado para dar una altura de caída constante para todos los ensayos; luego se le suelta y fracturar la probeta. En su movimiento ascendente el péndulo lleva el indicador de fricción sobre una escala semicircular graduada en grados por lo general; La energía requerida para fracturar la probeta es una función del ángulo de elevación.

PROBETAS

Estas son las piezas que van a ser sometidas a fuerzas, impactos o torsiones, en los diferentes ensayos pertinentes a la resistencia de materiales. Aunque ciertos requerimientos fundamentales pueden establecerse y ciertas formas de probeta se acostumbran usar para tipos particulares de ensayos, las probetas para ensayos de tensión se hacen en una variedad de formas. La sección transversal de la probeta es redonda, cuadrada o rectangular. Para los metales, si una pieza de suficiente grueso puede obtenerse de tal manera que pueda ser fácilmente maquinada, se usa comúnmente una probeta redonda; para láminas y placas en almacenamiento se emplea una probeta plana. La porción central del tramo es usualmente (no siempre), de sección menor que los extremos para provocar que la falla ocurra en una sección donde los esfuerzos no resulten afectados por los dispositivos de sujeción. La nomenclatura típica para las probetas de tensión se puede ver en el siguiente dibujo; el tramo de calibración es el tramo marcado sobre el cual se toman las mediciones de alargamiento o extensómetro.

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Figura 10

Probeta cilíndrica:

a: sección reducida b: tramo de calibración r: radio del filete o bisel

Probeta rectangular:

ao: ancho de la probeta bo: espesor de la probeta

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

ENSAYO DE DUREZA

Material: Aluminio

Métodos:

Brinell

Vikers

Rockwell

MÉTODO BRINELL

1.1.1DESCRIPCIÓN

Tipo de penetrador:Esfera de acero de 2.5mm. de diámetro para el aluminio.

Cantidad de carga aplicada:30 Kilo-Pondios. (Kp.)

Tiempo de ensayo: 30 segundos


HB = P / ACE

En donde:

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HB: Grado de dureza Brinell

P : Fuerza aplicada al material en el ensayo

ACE: Superficie del área de penetración

ACE = (/2) D (D - (D2 - d2)½)

En donde:




HB = F/[(/2) D (D - (D2 - d2)½)]

Pasos en la aplicación de la fuerza en la prueba:

Una precarga en el material de 10Kp., para evitar reacciones indeseadas en la prueba

Aplicación de la carga total. (30Kp)

Descarga

Resultados:

El diámetro de la huella resultante en el material de prueba fue:

d = 0.72mm.

Y finalmente el grado de dureza Brinell es:

HB = 30Kp. / [(/2) 2.5mm. (2.5mm. - (2.5mm.2 - 0.72mm.2)½)]

HB = 72.12HBS 2.5/30/30

MÉTODO VIKERS

1.2.1Descripción:

Tipo de penetrador: Prisma de diamante.

Cantidad de carga aplicada: 30 Kilo-pondios.


Para hallar el grado de dureza Vikers, se emplea la siguiente formula:

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HV = 1.854 P / dPROM

En donde:

HV: Grado de dureza Vikers

- F: Fuerza aplicada al material en el ensayo

dPROM: El diámetro medio del rombo impreso por el prisma en el material

El diámetro medio del rombo impreso por el prisma en el material es igual a:

dPROM = (d1 +d2)/2

En donde:



Pasos en la aplicación de la fuerza en la prueba:

Una precarga en el material de 10Kp., para evitar reacciones indeseadas en la prueba

Aplicación de la carga total. (30Kp.)

Descarga

Resultados:

Los diámetros resultantes fueron de:

d1 = 0.80mm.

d2 = 0.825mm.

Por lo que el diámetro medio fue:

dPROM = (0.80 +0.825)mm./2

dPROM = 0.8125mm.

Con este resultado se obtiene la dureza Vikers:

HV = 1.854 30Kp / (0.8125mm.)2

HV = 84.25

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METODO ROCKWELL C

Según los grados de dureza tanto Brinell como Vikers obtenidos en esta práctica, no es posible hacer el ensayo de dureza Rockwell C. Además, los ensayos Rockwell C son para metales bastante duros como lo son ciertos aceros.

RESULTADOS FINALES:

El ensayo Rockwell C, no es posible hacerse para este material, primero porque su dureza no alcanza el nivel mínimo de esta, y lo otro es el tipo de material, ya que ese margen de dureza no contempla el aluminio.

El aluminio utilizado en esta prueba, es un aluminio de alta dureza (entre los aluminios), ya que los aluminios con durezas Brinelll encontrados con una dureza cercana fueron el tipo ASTM B211 tratado térmicamente, que tiene una dureza Brinell de 105; el otro aluminio de dureza cercana fue el tipo ASTM B221 estirado en frío. Por lo cual el aluminio de la prueba no fue reconocido

Ensayo de tracción

2.1Descripción:

- Material: Latón

Cantidad de carga aplicada: 60 Kilo-Newton.

% Datos de interés:

Modulo de Young

Esfuerzo máximo de tracción (resistencia máxima a tensión)

Esfuerzo de rotura.

Resultados:

- Modulo de Young: 124GPa.

- Resistencia última: 560.87MPa

- Esfuerzo de rotura: 560.87MPa

GRÁFICA # 1

Se determino que el latón utilizado en la prueba posiblemente fue el Latón Rojo de [85% Cobre (Cu), 15% Cinc (Zn)] laminado en frio.

Ensayo de compresión

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Material: Acero

Dureza en grados Brinell del material:

3.1.1 Descripción:

Tipo de penetrador: Esfera de acero de 2.5mm. de diámetro para el acero cargado con 187.5Kp.

Cantidad de carga aplicada: 187.5 Kp.


Resultados:

El diámetro del hoyo resultante en el material de prueba fue:

d = 0.86mm.

Y finalmente el grado de dureza Brinell es:

HB = 187.5Kp / [(/2) 2.5mm. (2.5mm. - (2.5mm.2 - 0.86mm.2)½)]

HB = 312.94HBS 2.5/187.5/8

Prueba de compresión

3.2.1 Descripción:

Cantidad de carga aplicada: 300 Kilo-Newton.

% Datos de interés:

Modulo de Young

Esfuerzo máximo de tracción (resistencia máxima a compresión)

Esfuerzo de rotura.

Resultados:

Modulo de Young: 42.8GPa.

Resistencia ultima: Desconocida

Esfuerzo de rotura. Desconocida

GRÁFICA # 2

RESULTADOS FINALES:

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El acero utilizado en la prueba, por el grado de dureza Brinell, y la alta resistencia que mostró en la prueba, seguramente será un Acero Grado 120-90-02, templado en aceite.

Ensayo de Impacto

DESCRIPCIÓN:

Material: Acero

Mazo de 30Kg

Altura inicial 1.54m.

Pasos en la preparación de la prueba:

Se fija la probeta en lo mas centrado posible en la base del péndulo Charpa, justo por donde va a pasar el mazo cuando sea liberado, la talla en V debe quedar al lado opuesto por donde va a ser impactada la probeta por el mazo.

Anotar todos los valores iniciales pertinentes, como el radio del brazo y el ángulo inicial, para determinar la energía potencial.

Se libera el péndulo y se toma la medida del ángulo registrada por la aguja del péndulo, para saber hasta que altura llego el péndulo después del impacto, que también será inversamente proporcional a la energía absorbida por la probeta que también es mostrada por dicha aguja.

RESULTADOS:

- La probeta no se rompió totalmente, por lo cual se sabe que no alcanzo a estar bien centrada.

- El ángulo alcanzado por el péndulo fue de 124º.

- La energía absorbida por la probeta (EAP) fue de 5.7Kg.F · m.

La energía potencial inicial del mazo era igual a:

Ep = m·g·h

En donde:

Ep : Energía potencial gravitacional

m : masa

g : Gravedad

h : Altura

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Ep = 30Kg · 9.80665m./s.2 · 1.25m.

Ep = 453.22J.

Por lo que sabemos ahora que la sumatoria de energías debe siempre sumar este valor para que se pueda cumplir el teorema de la energía mecánica. (La energía se transforma y será la misma en total)

EF = Ep

En donde:

- EF: Energía final

EF = EAP + ER + EC

En donde:

- ER: La energía potencial que logra el péndulo al alcanzar su altura máxima después del impacto.

- EC: Energía calórica.

De las anteriores energías mencionadas, se puede calcular la energía potencial resultante:

ER = m·g·h'

En donde:

- h': es la altura alcanzada después del impacto

La altura h', es igual a:

h' = R + R · sen(-90)

h' = 0.79m. + [0.79m. · sen(124º - 90º)]

h' = 1.23m.

Por lo que ahora se sabe que la energía potencial resultante fue:

ER = 30Kg · 9.81m./s2. · 1.23m

ER = 361.989J

Por lo que entonces, la energía calórica es igual a:

EC = EF - ER - EAP

AMPS 19

EC = 453.22 - 361.959 - 5.7

EC = 85.561J

Según esto, la energía que soporto la probeta fue:

EC + EAP = (85.561 + 5.7)J

EC + EAP = 91.261J

Por lo que se deduce que el acero utilizado en la prueba fue un acero intermedio entre el Acero al carbono 1040, que soporta alrededor de 180J y un acero de baja aleación 8630, que soporta 55J. De esto se concluye que el acero utilizado en la práctica es aceptable para dicho tipo de pruebas.

CONCLUSIONES

Los temas estudiados en clase, como las ecuaciones de esfuerzo, y deformación, son plenamente usados cuando se esta analizando y clasificando los estados a los cuales estuvo sometido un material en una prueba de tracción.

La instrumentación para ensayos de resistencia de materiales como los usados en la práctica son bastante sencillos en su operabilidad, desde que se sepan los parámetros de cada ensayo.

Para los aceros, se comprobó en el comportamiento de estos, porqué es que son tan usados y difundidos desde la industria pesada, y la mayoría de industrias, ya que es un material con un buen grado de dureza y gran resistencia, tanto que Maquina hidráulica universal para ensayos a tracción y compresión no fue capaz de hacer fallar la probeta de acero utilizada para compresión.

en la determinación de los materiales que se emplearon, nos encontramos en grandes dificultades, ya que en los libros que cuentan con apéndices referentes a las propiedades físicas de los materiales, estas tablas son muy incompletas, y en el ICONTEC, no es fácil conseguir la norma apropiada para estos, se consiguen con facilidad los estándares para las pruebas y las propiedades químicas, pero no así las propiedades físicas, sino se sabe uno cual es la norma afín.

APENDICE

Escala de dureza Brinell

AMPS 20

Escalas de dureza Rockwell

Escala Indentador

Carga menor

F0 en

KiloPondios

Carga Mayor

F1 en

Kilo Pondios

Carga total Fen Kilo Pondios

Valor de

E

A Cono de diamante 10 50 60 100

B1/16" bola de acero

10 90 100 130

C Cono de diamante 10 140 150 100

D Cono de diamante 10 90 100 100

E 1/8" bola de acero 10 90 100 130

F 1/16" bola de 10 50 60 130

AMPS 21

acero

G1/16" bola de acero

10 140 150 130

H 1/8" bola de acero 10 50 60 130

K 1/8" bola de acero 10 140 150 130

L 1/4" bola de acero 10 50 60 130

M 1/4" bola de acero 10 90 100 130

P 1/4" bola de acero 10 140 150 130

R 1/2" bola de acero 10 50 60 130

S 1/2" bola de acero 10 90 100 130

V 1/2" bola de acero 10 140 150 130

Relación entre Grados de Dureza y Resistencia a la Tracción

Ensayo de dureza superficial

El ensayo de DurezaSuperficial, mide la resistencia de un material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando éstos deben resistir el roce con otros elementos. Es el caso de las herramientas de construcción (palas, carretillas, pisos, tolvas). El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirámides o conos. Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamaño de la huella que dejan. Es un ensayo fácil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durímetros fácilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimación de la resistencia a la tracción. La dureza superficial puede aumentarse añadiendo al material una capa de carbono, en un tratamiento térmico denominado cementación.La clasificación y los métodos varían con cada material, dando origen a los números de dureza:

HBN (HardnessBrinellNumber) HRA, HRB, HRC, ... (Hardness Rockwell series A, B, C, ...) HVN (HardnessVickersNumber)

... entre otros. A continuación se detalla el procedimiento y el cálculo de cada uno de estos números estandarizados.

Ensayo BRINELL.

Indentador: Esfera de 10mm de acero o carburo de tungsteno.

Carga = P

Fórmula: HBN =

Ensayo VICKERS

Indentador: Pirámide de diamante

Carga = P

Fórmula: HVN = 1,72

AMPS 22

Ensayo ROCKWELL A, C, D

Indentador: Cono de diamante (HRA, HRC, HRD)

Carga:

PA = 60 KgPC = 150 KgPD = 100 Kg

Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t

Ensayo ROCKWELL B, F, G, E

Indentador:

Esfera de acero f = 1/16 ‘’(HRB, HRF, HRG)

Esfera de acero f = 1/8 ‘’(HRE)

Carga:

PB = 100 KgPF = 60 KgPG = 150 KgPE = 100 Kg

Formula: HRB, HRF, HRG, HRE = 130 - 500t

La Tablasiguientemuestra las equivalencias entre algunos de los números de dureza superficial y presenta una estimación de la resistencia a la tracción.

DurezaVickers

HV

DurezaBrinell

HB

DurezaRockwell

Resistenciaa la Tensión

N/mm2.HRB HRC

80 76 255

85 80,7 41 270

90 85,5 48 285

95 90,2 52 305

100 95 56,2 320

105 99,8 335

110 105 52,3 350

115 109 370

120 114 66,7 385

AMPS 23

125 119 400

130 124 71,2 415

135 128 430

140 133 75 450

145 138 465

150 143 78,7 480

155 147 495

160 152 510

165 156 530

170 162 85 545

175 166 560

180 171 87,1 575

185 176 595

190 181 89,5 610

195 185 625

200 190 91,5 640

205 195 92,5 660

210 199 93,5 675

215 204 94 690

220 209 95 705

225 214 96 720

230 219 96,7 740

235 223 755

240 228 98,1 20,3 770

245 233 21,3 785

250 238 99,5 22,2 800

255 242 23,1 820

260 247 24 835

265 252 24,8 850

270 257 25,6 865

275 261 26,4 880

280 266 27,1 900

285 271 27,8 915

290 276 28,5 930

295 280 29,2 950

300 285 29,8 965

310 295 31 995

320 304 32,2 1030

330 314 33,3 1060

340 323 34,4 1095

350 333 35,5 1125

AMPS 24

360 342 36,6 1155

370 352 37,7 1190

380 361 38,8 1220

390 371 39,8 1255

400 380 40,8 1290

410 390 41,8 1320

420 399 42,7 1350

430 409 43,6 1385

440 418 44,5 1420

450 428 45,3 1455

460 437 46,1 1485

470 447 46,9 1520

480 (456) 47,7 1555

490 (466) 48,4 1595

500 (475) 49,1 1630

510 (485) 49,8 1665

520 (494) 50,9 1700

530 (504) 51,1 1740

540 (513) 51,7 1775

550 (523) 52,3 1810

560 (532) 53 1845

570 (542) 53,6 1880

580 (551) 54,1 1920

590 (561) 54,7 1955

600 (570) 55,2 2030

610 (580) 55,7 2070

620 (589) 56,3 2105

630 (599) 56,8 2145

640 (608) 57,3 2180

650 (618) 57,8 660 58,3 670 58,8 680 59,2 690 59,7 700 60,1 720 61 740 61,8 760 62,5 780 63,3 800 64 820 64,7

AMPS 25

840 65,3 860 65,9 880 66,4 900 67 920 67,5 940 68

Escala Comparativa de Grados de Dureza conuna Estimación de la Resistencia a la Tracción

Materiales de Ingeniería

Dureza

Es la resistencia de un material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando éstos deben resistir el roce con otros elementos. Es el caso de las herramientas de construcción (palas, carretillas, pisos, tolvas). El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirámides o conos.

Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamaño de la huella que dejan. Es un ensayo fácil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durímetros fácilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimación de la resistencia a la tracción.

A continuación se mencionan las metodologías existentes para evaluar la dureza:

Tipos de dureza

1. Dureza al rayado: Resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.

Dureza Mohs (mineralógica). Dureza Martens. Dureza Lima.

1. Dureza a la penetración: Resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro más duro.

Herziana. Monotrón. HBS HR. HV.

AMPS 26

1. Dureza MOHS: Se usa para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro. Esta es la escala de Mohs:

1 - Talco 6 - Feldespato (Ortosa)

2 – Yeso 7 - Cuarzo

3 – Calcita 8 - Topacio

4 - Fluorita 9 - Corindón

5 - Apatita 10 - Diamante

La fundición gris esta entre 8 y 9; el hierro dulce en el 5; y los aceros entre 6,7 y 8.

Dureza MARTENS: Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°, con una carga constante y determinada. Se aplica sobre superficies nitruradas. Se mide "a" en micras y la dureza Martens viene dada por:

Figura1

Dureza a la lima: Se usa en industria. En todo material templado la lima no "entra". Dependiendo de si la lima entra o no entra sabremos:

No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRC

Entra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRC

2. Dureza al Rayado3. Dureza a la penetración

Dureza HERZIANA: Viene determinada por la menor carga que hay que aplicar a un material (con Bolas de 1,5 a 4 mm. De aceroextraduro) para que deje la huella.

Dureza MONOTRON: Es una variante de la dureza Herziana. Viene expresada por la carga que hay que aplicar para producir una penetración de 0,0018 pulgadas. El penetrador es una semiesfera de diamante de ø0,75mm. Tiene dos dispositivos, uno que da la carga aplicada y un sensor que para el ensayo cuando la penetración es de 0,0018".

AMPS 27

Dureza BRINELL(HBS): Este método consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo también conocido.

Figura2

D = diámetro de la bola

d = diámetro de la huella

El valor de la carga P viene dado por: P = K D2, donde K=cte. de ensayo. El tiempo de ensayo es t=10 - 15 seg. Según normas UNE. Los valores de K para algunos materiales son:

Aceros y elementos siderúrgicos: K=30;

Cobres, Bronces, Latones: K=10;

Aluminio y aleaciones: K=5;

Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5;

No se utilizan los ensayosBrinell para durezas superiores a 500 (aceros templados), porque se deforman las bolas.

AMPS 28

Nomenclatura: XXX HBS (D/P/t) Ej. 156 HBS 10/3000/15

Dureza ROCKWELL (HRx): El método Rockwell se basa en la resistencia que oponen los materiales a se penetrados, se determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros templados.

Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de penetradores:

Bolas de 1/8" y 1/16" Conos de 120° ángulo en el vértice.

Las cargas vienen dadas por el tipo de dureza Rockwell a realizar (en Kg.). Los tipos de dureza Rockwell y sus respectivas cargas y penetradores son las siguientes:

Tabla1

Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica la carga previa (10 ó 3 Kp); y posteriormente se mete el resto de la carga. A partir de introducir la carga adicional se mide la dureza.

Nomenclatura:XXXHRx t XXX HRS P/t

Ventajas del método Rockwell:

- Método rápido y preciso, no necesita de operarios especializados.

- Huellas más pequeñas que el método Brinell.

- Inconveniente tiene que si el material no asienta perfectamente, las medidas resultan falseadas.

- Prueba de dureza para aceros templados.

Dureza VICKERS (HV): El método Vickers se deriva directamente del método Brinell. Se emplea en muchos laboratorios y en particular para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimos hasta de 0,2 mm.

AMPS 29

Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de 136°. Este ángulo se eligió para que la bola Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella. La dureza Vickers viene dada por: HV = P/S [Kg/mm] donde S es la superficie de la impronta y P la carga aplicada.

Ponemos la fórmula en función de la diagonal "d":

Ventajas del método Vickers:

1. Las huellas Vickers son comparables entre sí; independientes de las cargas.

2. Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros, llegándose hasta 1.150 HV.

3. Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas pequeñas, hasta espesores de orden de 0,05mm.

4. Puede medirse dureza superficial. (Para determinar recubrimientos de los materiales)

5. La escala Vickers es más detallada que la Rockwell; 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell

La expresión para la dureza Vickers:

Dureza KNOOP (HK): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y micro durezas (P=10 gr-500 gr.).

El penetrador esta hecho con una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7. Sus ángulos entre aristas son a = 130° y b = 172°30’; de donde obtenemos:

El método Knoop se emplea sólo en laboratorio, para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de depósitos electrolíticos.

CONFRONTACIÓN DE DATOS

En base a la información antes mencionada estableceremos las diferencias en las metodologías o prueba para evaluar la dureza

AMPS 30

Tabla 2

Aleación Dureza Brinell T.S

Acero al carbono 235 750

acero de baja aleación 220 800

c. acero inoxidable 250 800

Superaleación ferrosa 250 800

Hierro dúctil 167 461

Aluminio 40 150

Magencio5 73 290

Bronce aluminio 165 652

Tabla 3 brinell/T.S

Propiedades

Nylotec® Policarbonato Lexan®

Poliestireno Polietileno Alta

Polipropileno

Poliuretano

AMPS 31

Densidad

1-Resistencia a la tracción

1100 - 14000

8000 - 9500 1500 - 70003100 - 5500

4300 - 5500175 - 10000

2-Dureza Rockwell

R95 - R120

M70 - 78R115 - 125

M10 - 80R30 - 100

D 60 - 70shore

R8 - 110010A - 90D

shore

PropiedadesPolytec 1000®

(Acetal)P.V.C.

FlexibleP.V.C. Rígido Teflón®


8800 1500 - 3500 6000 - 7500 2000 - 5000

2-Dureza Rockwell M70 - 8050 - 100shore A

D65 - 85shore

D50 - 55shore

PropiedadesNorma ASTM

Unidad AcrílicoUHMW

1900NYLON 6®

NYLON 6.6®


D 638 P.S.I8000 - 11000

2500 - 3500

11800 - 10000y

12000 - 11000y

2-Dureza Rockwell

D 785 - M80 - M100D60 - 70

ShoreR119

R120 - M83

TABLA 4 ROCKWELL/t.s

CONCLUSIÓN

Como bien sabemos la dureza es la resistencia que presentan los materiales para ser penetrados, considerando que esta es una propiedad de los materiales, la cuál le permite al material ser seleccionado para su uso en la industria principalmente. La dureza Brinell es un método el cual nos permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta práctica un material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos. La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad de penetración fue de 0.1450mm, relativamente muy pequeña; por tanto el material es considerando como uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la profundidad de la penetración.

BIBLIOGRAFÍA

Ciencia e ingeniería de materiales ASKELAND Propiedades mecánicas de los materiales SENA, NOE PEÑA

AMPS 32

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Dureza de materiales

Mecánica de sólidos. Control de metales. Resistencia y dureza. Ensayos y cargas

MECÁNICA DE SÓLIDOS

(PRÁCTICAS DE RESISTENCIA DE MATERIALES EN EL SENA)

Ingeniero Metalúrgico:

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA

INGENIERÍA MECATRÓNICA

SENA

BOGOTA II SEMESTRE DEL 2002

Introducción

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción (Para mayor información sobre ensayos a tracción, la encontrara en el marco teórico), uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes micro estructurales del material.

AMPS 33

Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

1.- Dureza Brinell

En el ensayo de dureza Brinell una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos

El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. Hay una mayor ampliación en este método en la página 6 del marco teórico.

2.- Dureza Vickers

Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor.

El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida las diagonales del rombo de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kg·f) y el área de la superficie lateral de la impresión. Hay una mayor ampliación en este método en la página 10 del marco teórico.

3.- Dureza Rockwell

La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.

El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de medición", caracterizada como A,B,C, etc. y siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en que escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.).

AMPS 34

(El proceso de medición con penetrador de diamante es utilizado para materiales duros, como por ejemplo los templados)

La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0 y una posterior P1tal que:

P = P0 + P1

Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0 sobre la acción de la carga P0que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.

A continuación se aplica la carga P1 y la penetración se acentúa. Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante (solamente actúa P0) determina el número de dureza HR. La escala de los instrumentos de lectura empleados en las máquinas está invertida para permitir una lectura directa.

En los certificados de calidad es común utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16" y la carga P1 vale 100 Kg·f.

En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kg·f es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kg·f y luego efectuada la transformación a la escala HRB utilizando tablas de conversión adecuadas. Hay una mayor ampliación en este método en la página 7 del marco teórico.

Para esta práctica efectuada en el SENA, además de las pruebas de tracción y dureza, también hicimos ensayos de impacto y compresión. Los materiales usados en los ensayos fueron metales como Acero, Aluminio y Latón. Las descripciones pertinentes teóricas de las pruebas efectuadas en la práctica se pueden encontrar en el marco teórico, y en el desarrollo de la práctica se dan a conocer los parámetros en los cuales estas pruebas fueron efectuadas.

OBJETIVOS

Comprobar prácticamente los teoremas y aplicaciones estudiadas teóricamente en clases.

Aprender a manejar la instrumentación para realizar los ensayos mencionados.

Observar el comportamiento bajo las distintas circunstancias de carga aplicadas.

Determinar los tipos de materiales empleados en los diferentes ensayos de la práctica.

Conocer los tipos de probetas normalizadas para estos tipos de ensayos.

MARCO TEÓRICO

ENSAYO DE DUREZA BRINELL (HB)

AMPS 35

Es un ensayo mecánico propuesto por el sueco J.A. Brinell en 1900. Es el ensayo de dureza más ordinario. Consiste en una prensa hidráulica de operación manual diseñada para imprimir un indentador sobre la superficie de la probeta analizada; la presión se mide por un manómetro y se aplica por medio de una bomba de aceite, la pieza de ensayo se coloca en soporte que puede subir o bajar mediante un tornillo.

Se fuerza un indentador de balín de acero templado o de carburo de tungsteno de un diámetro adecuado a la dureza del material contra la probeta, con una fuerza adecuada igualmente a la dureza del material. El tiempo de aplicación de la fuerza varia entre 10-30 seg. Dependiendo de la aleación examinada; después se quita la carga y se mide el diámetro de la impresión en la probeta con un microscopio o lente especial con un rastreador láser para lectura automática.

El valor así obtenido, aplicado a la formula Brinell o con el uso del grado de dureza. El número de dureza Brinell se define como la fuerza aplicada dividida por la superficie de contacto entre el indentador y la probeta después de haberse retirado el indentador.


HB = F / ACE

En donde:

HB : Grado de dureza Brinell

F : Fuerza aplicada al material en el ensayo

ACE : Área del casquete esférico

ACE = (/2) D (D-(D2 - d2)½)

En donde:




HB = F / [(/2) D (D-(D2 - d2)½)]

AMPS 36

Figura 1

Arriba: Huella dejada en el material de prueba en un ensayo Brinell

Derecha: Tipos de puntas normalizadas para ensayos Brinell

Figura 2

En el apéndice encontrara la tabla de grados de dureza Brinell

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL (HR)

Se aplica a materiales más duros que la escala Brinell. En este ensayo se usan penetradores de carburo de tungsteno como bolas de 1/16 de pulgada, 1/8, ¼ y ½ de pulgada, este ultimo para materiales más blandos y en cono de diamante cuyo ángulo en la base es de 120º.

En el test Rockwell el penetrador es forzado contra el material con una fuerza preliminar menor llamada F0 (Figura 4A) usualmente de 10Kpondios. Cuando el equilibrio ha sido alcanzado, un dispositivo indicador, que sigue los movimientos del penetrador y también responde a los cambios en la profundidad de la penetración del indentador, esta establecido a una posición establecida. Cuando la carga menor preliminar es todavía aplicada, una carga mayor es aplicada resultando en un incremento en la penetración (Fig. 4B) Cuando el equilibrio es de nuevo alcanzado, la fuerza adicional se quita, pero la fuerza preliminar es todavía mantenida. El removimiento de la fuerza adicional mayor crea un recubrimiento parcial, que reduce la profundidad de la penetración (Fig. 4C). El incremento permanente en la penetración resulta de la aplicación y removimiento de la fuerza mayor adicional usada para calcular el grado de dureza Rockwell:

AMPS 37

HR = E - e

Figura 3

De donde de la figura y ecuación anterior:

F0 : Fuerza menor preliminar

F1 : Fuerza mayor adicional

F : Fuerza total

e : Incremento permanente en la profundidad de la penetración debido a la mayor fuerza F1, medida en unidades de 0.002 mm

E : Una variable dependiente de la forma del indentador: 100 unidades para el indentador de diamante, 130 unidades para la bola de acero

HR : Numero de dureza Rockwell

D : Diametro de la bola de acero

Aplicación típica de las escalas de dureza Rockwell

HRA. . . . Los carburos consolidados, acero delgado y en rara ocasión acero endurecido

HRB. . . . Las aleaciones cobrizas, los aceros suaves, aleaciones de aluminio, hierros maleables, etc, HRC. . . . Acero, hierro colado duro, casos de acero endurecido y otros materiales más duro que 100 HRB HRD. . . . Acero delgado, acero endurecido medio y hierro maleable perlático HRE. . . . Hierro colado, aluminio y aleaciones de magnesio , metales productivos HRF. . . . Aleaciones cobrizas templadas, Suaves laminas delgadas Metalicas HRG. . . . Bronce-Fósforo, berilio cobrizo, hierro maleable HRH. . . . Aluminio, cinc, la priman, HRK. . . . } HRL. . . . } HRM. . . .}. . . . Los metales productivos suaves, plásticos y otros materiales muy suaves HRP. . . . } HRR. . . . } HRS. . . . } HRV. . . . }

Ver la tabla de dureza Rockwell en el apéndice Pág. 28

AMPS 38

Las ventajas del método de dureza Rockwell incluye la lectura del número de dureza Rockwell directo y el rápido tiempo en el ensayo. Las desventajas incluyen muchas escalas arbitrarias no relacionadas y los posibles efectos de el yunque de apoyo de espécimen (¡trate poniendo un cigarrillo debajo de un bloque de una probeta y note el efecto en la lectura de dureza! El método Brinell y Vikers nos sufren de este efecto).

Figura 5: Durómetro universal

Figura 4: Huella en material sometido a. ensayo Rockwell

ENSAYO DE DUREZA VICKERS

Llamado el ensayo universal. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136º. Se emplea Vickers para laminas tan delgadas como 0.006 pulgadas y no se lee directamente en la maquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente formula:

AMPS 39

En la anterior operación se explica el porqué de la constante 1.854, y en donde:

- HV : Dureza Vikers - d : es el diámetro promedio del rombo generado por la penetración en el material:

dPROM = (d1 +d2)/2

En donde:



Este ensayo constituye una mejora al ensayo de Brinell, se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más livianas que las utilizadas que en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la formula antes mencionada.

Figura 6: Boceto de la prueba Vikers Figura 7: Puntas de diamante para Vikers

ENSAYOS DE TRACCION.

Para este tipo de ensayo, los términos ensayo de tensión y ensayo de comprensión se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. En un ensayo de comprensión, se logra sometiendo una pieza de material a una carga en los extremos que produce una acción aplastante. En un ensayo de tensión, la probeta se alarga en una dirección paralela a la carga aplicada; en un ensayo de comprensión, la pieza se acorta. Los ensayos estáticos de tensión y de comprensión son los más realizados, además de ser los más simples de todos los ensayos mecánicos. Estos ensayos implican la normalización de las probetas con respecto a tamaño, forma y método de preparación y la de los procedimientos de ensayo.

AMPS 40

Figura 8: Maquina hidráulica universal para ensayos a tracción y compresión

El ensayo de tensión es el apropiado para uso general en el caso de la mayoría de los metales y aleaciones no ferrosos, fundidos, laminados o forjados; para los materiales quebradizos (mortero, concreto, ladrillo, cerámica, etc) cuya resistencia a la tensión es baja, en comparación con la resistencia a la comprensión, el ensayo de comprensión es más significativo y de mayor aplicación.

AMPS 41

rockwell brinell

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