Dureza de Rockwell

Dureza de Rockwell 24-05-2012

UCA-ME-Laboratorio de Ciencias de los Materiales 02-2012

9

DUREZA DE ROCKWELL

AUTORES

Carlos Enrique Zelaya Echeverría 00026511, Joaquín Ernesto Villalobos Arriaga 00000410

Universidad Centroamericana José Simeón Cañas

Ciencias de los Materiales

Correos Electrónicos: [email protected]; [email protected]

COORDINADOR

Ing. Manuel Pineda

[email protected]

INSTRUCTORES:

José Ricardo Durán Aguilar

Víctor Enrique Dimas Valle

Grupo de Laboratorio:

07B

Resumen

En el presente trabajo se pretende aprender a determinar la dureza por medio del método de Rockwell para diferentes

tipos de materiales, así como la comprensión de cómo y cuándo usar cada tipo de escala, según el material, la carga

necesaria para cada escala y el indentador requerido. En el trabajo se hablará de la dureza como la resistencia que tiene

un material a ser deformado plásticamente. Para la realización de la práctica se usó el equipo de laboratorio y diferentes

materiales ferrosos y no ferrosos a los que se les determinó la dureza por medio de diferentes escalas.

Objetivos

Determinación de la dureza Rockwell en muestras de diferentes metales.

Aprender a seleccionar las diversas escalas de dureza Rockwell, de los materiales utilizados en la práctica.

Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir las diversas escalas de dureza.

Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir los valores de dureza en valores de resistencia mecánica.

1. Introducción Teórica

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 de

determinada forma y dimensiones. (Trujillo, 2009,

pág.2)

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

micros estructurales del material. (Kehl, George, 2007)

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.

(Kehl, George, 2007)

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



10

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 (Kehl,

George, 2007)

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. (Kehl, George, 2007)

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. (Kehl, George, 2007)

El procedimiento emplea un penetrador de diamante en

forma de pirámide de base cuadrada.

Tal penetrador es aplicado, bajo la acción de una

carga P 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. (Kehl, George, 2007)

Dureza Rockwell

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. (Kehl, George, 2007)

Una de las escalas establecidas para la medición de la

dureza es la escala de dureza Rockwell o ensayo de

dureza Rockwell. El ensayo de dureza Rockwell

constituye el método más usado para medir la dureza

debido a que es muy simple de llevar a cabo y no

requiere conocimientos especiales. Esta escala posee

varias sub-escalas que provienen de la utilización de

distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo

cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o

aleación (Askeland, 2005, pág. 184)

Hay dos tipos de penetradores: bolas esféricas de acero

endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2

in. Y un penetrador cónico de diamante con un ángulo

de 120º, el cual se utiliza para los materiales más duros.

(Askeland, 2005, pág. 184)

Para determinar la dureza en escala Rockwell se utiliza

el durómetro de Rockwell, este aparato mide la dureza

de los materiales aplicando una fuerza normalizada

sobre un elemento penetrador, también normalizado, el

cual produce una huella sobre el material. Así, en

función del grado de profundidad o tamaño de la huella,

se obtiene la dureza. (WB1226, 2004, pág.2)

2. Materiales y Metodología

2.1 Materiales y Equipo

2.1.1 Materiales

1- Máquina automática digital LECO LR

100-RD para medir la dureza de Rockwell

y todos sus instrumentos

2- Muestra de aluminio aleado

3- Muestra de acero de herramienta A2 con

tratamiento térmico

4- Muestra de acero de herramienta A2 sin

tratamiento térmico

5- Muestra de bronce al aluminio fundido

6- Muestra de acero de herramienta O1

7- Indentador cilíndrico

8- Indentador de forma de diamante

2.1.2 Sobre el equipo

Acero herramienta tipo A2

Este acero tiene buena tenacidad, así como resistencia

al desgaste. Maquinabilidad buena.

Se emplea para fabricar punzones, cuchillas y

herramientas de prensa que requieran de buena

resistencia al desgaste.

Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni =

0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%



11

Acero herramienta tipo O1 o acero inoxidable

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una

aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo

contenido en masa.

es un acero de elevada pureza y resistente a la

corrosión, dado que el cromo, u otros metales que

contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y

reacciona con él formando una capa pasivadora,

evitando así la corrosión del hierro Sin embargo, esta

capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando

lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por

mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas.

Algunos tipos de acero inoxidable contienen además

otros elementos aleantes; los principales son el níquel y

el molibdeno.

Aluminio

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este

metal uno de los más importantes, tanto en cantidad

como en variedad de usos, siendo hoy un material

polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy

diversos y que resulta estratégico en situaciones de

conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el

hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado

con otros metales o en compuestos no metálicos. En

estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para

fabricar espejos domésticos e industriales, como

pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso

más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que

consiste en láminas de material con un espesor tan

pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por

tanto para embalaje alimentario. También se usa en la

fabricación de latas. Por sus propiedades eléctricas es

un buen conductor, capaz de competir en coste y

prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual

longitud y masa, el conductor de aluminio tiene más

conductividad, resulta un componente útil para

utilidades donde el exceso de peso resulta oneroso.

Bronce

Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en

la que el primero constituye su base y el segundo

aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento. El

bronce fue la primera aleación de importancia obtenida

por el hombre y da su nombre al período prehistórico

conocido como Edad del bronce. Durante milenios fue

la aleación básica para la fabricación de armas y

utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han

utilizado en joyería, medallas y escultura. Cabe

destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partes

mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en

instrumentos musicales de buena calidad como

campanas, gongs, platillos de acompañamiento,

saxofones, y en la fabricación de cuerdas de pianos,

arpas y guitarras.

Identadores

Identador de diamante



12

El Identador de diamante debe ser un cono con punta

esférica altamente pulido.

El ángulo debe ser de 120° 30´. El diamante se

utiliza para medir dureza de metales demasiados duros.

Identador de bola de 1/8 de acero

Sirve para medir metales más blandos como el

aluminio, bronce, etc.

Leco, modelo LR 100-RD

Es un equipo para medir la dureza de un metal, es

automático, tiene todos lo sufijos relacionados con sus

cargas. El determina automáticamente la fuerza según

la profundidad q logra alcanzar con el Identador.

2.2 Metodología

Primero se seleccionaron las muestras que iban a ser

tomadas para determinar su dureza, eran dos materiales

no ferrosos y tres ferrosos. Las diferentes mediciones se

realizaron con una máquina automática digital LECO

LR 100-RD para medir la dureza de Rockwell, con dos

diferentes indentadores dependientes de la dureza del

metal a conocerle la dureza en macro escala.

La primera muestra tomada fue la del aluminio aleado

con una escala HRB, con su respectivo indentador: una

esfera de acero de 1/16’’ de diámetro y una carga con

valor de 100. Con la máquina se hizo girar el pistón,

hasta una altura donde ésta comenzó a hacer la cuenta

de la dureza, en un punto en que una luz verde indicaba

el set, a un número aproximadamente de 290, que es un

valor predeterminado por la máquina, y luego la

máquina mostró el valor de dureza calculado, y se tomo

nota.

Luego de esto, se tomó otra muestra no ferrosa, la placa

de bronce, probando primero con una escala HRB, pero

al hacer el procedimiento anterior, la máquina otorgó

un numero negativo, esto no se puede tomar en cuenta

y se cambió la escala, el indentador sigue siendo el

mismo que en el anterior; solo que esta vez se utilizó

para la medición la escala HRF, con carga de 60; ésta

sirve para aleaciones de cobre recocido y laminas finas

de metales blandos.

Luego, se realizó la medición de dureza a la muestra de

acero de herramienta A2 con un tratamiento térmico no

adecuado, se utilizó la escala HRC, para lo cual se

cambió de indentador, y se puso en la máquina el cono

de diamante con ángulo de 120°, que soporta una carga

de 150.

Luego se realizó la medición del mismo acero de

herramienta A2 pero esta vez con tratamiento térmico

adecuado, y se utilizó la misma escala HRC, 150 con

una carga de 150, con el mismo indentador que la

muestra anterior.

La última muestra, que es la del acero de herramienta

tipo O1 en forma de cilindro, se midió en la escala

HRC de Rockwell, con una carga de 150 y se utiliza el

mismo indentador de las dos muestras anteriores.

3. Resultados y Discusión

*Para pasar de valor de dureza Rockwell de un acero

curvo a Vickers se le suma 0.5 al promedio de

Rockwell y después se interpola.



13

Acero Tipo de

acero

Sufi

jo

Valor de

dureza

Rockwell

Valor

en

Vicke

rs

Acero

herramie

nta N° 1

A2 con

tratamie

nto

térmico

adecuad

o

HR

C

Prueba:

1. 33.4

2. 33.0

3. 34.0

Promedio

33.46

331.14

Acero

herramie

nta N°2

A2 con

tratamie

nto

térmico

no

adecuad

o

HR

C

Prueba:

1. 11.8

2. 11.1

3. 12.0

Promedio

11.63

91.815

Acero

herramie

nta

N°3

O1 HR

C

Prueba:

1. 43.3

2. 46.9

3. 44.4

Promedio

44.86+0.5=44.

91

444.92

Bronce

fundido

No

ferroso

HRF Prueba:

1. 55.2

2. 53.0

3. 55.2

Promedio

54.46

585.28

Aluminio No

ferroso

HR

B

Prueba:

1. 53.7

2. 56

3. 57.1

Promedio

55.6

605.8

Se puso a prueba tres tipos de acero herramienta dos del

tipo A2 y uno O1, estos aceros se usan en partes de

maquinarias o equipos de trabajo, su dureza es según la

necesidad.

Entre todos los aceros herramientas del tipo A2, el que

tiene el mejor tratamiento térmico logra tener mejor

dureza, en este caso es:

De los aceros herramienta evaluados entre e A2 Y O1

el que logro la mayor dureza es el tipo O1:

En toda la prueba el metal con mayor dureza es el

aluminio.



14

4. Conclusiones

En la metalurgia no es la imagen del metal el que determina la estructura interna del metal ni

el peso, aparentemente el acero herramienta O1 es más pesado q el aluminio y se siente más

fuerte pero al hacer el análisis metalográfico de la dureza se demuestra que el aluminio tiene

una mayor dureza que el acero O1.

Los aceros con tratamientos térmicos de mala calidad no llegan a lograr una dureza adecuada

para un acero herramienta de trabajo intenso, en cambio el acero con tratamiento térmico

adecuado son excelente para trabajo con desgaste, esto quiere decir que el tratamiento

térmico de un metal es indispensable para sus propiedades.

Las aleaciones de aluminio son muy livianas, pero por las propiedades resistentes del

aluminio como su dureza son adecuadas para trabajos duros, por ejemplo las aleaciones de

aluminio para motores de combustión interna.

El tipo de indentador y la carga aplicada de cada escala (dentro del método de Rockwell)

dependen del tipo de material y las propiedades que este tenga, es conveniente empezar por

la escala de mayor dureza porque de lo contrario la punta del penetrador puede ser

deformada, en caso de que el material sea más duro que él.

5. Recomendaciones

Equipar el laboratorio con una máquina para al menos un tipo más de medición de dureza, o

utilizar la que se tiene para rebote dinámico al menos de forma demostrativa, y si es muy

delicada con supervisión del catedrático, para poder observar otro tipo de medición.

Que los instructores den mayor información sobre el equipo, o algún consejo de que no se debe

hacer.

Hacer en la práctica una demostración de la imprecisión que podría presentarse en la medición si

la superficie del material no está bien limpia y lisa, para hacerse una idea de la importancia que

es esto en la medición, y que tanto la afecta.



15

Bibliografía

1. Addleson, L., 2001. Materiales para la construcción. Segunda ed. Translated by J. Company Bueno.

Barcelona: Reverté.

2. Bernau, L., 1958. Elementos de Metalografía y de Acero al Carbono. Primera ed. Santiago de Chile: Andrés

Bello.

3. Calle, G. & Henao, E., n.d. Dureza Rockwell. [Online] Available at:

http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf [Accessed 14 Mayo 2012].

4. Callister, W.D., 2009. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Segunda ed. México: Limusa

Wiley.

5. Depto. de Mecánica Estructural, 2012. Guía de laboratorio 2: Determinación de la dureza de Rockwell en los

materiales. Antiguo Cuscatlán: Universidad Centroamericana "José Simeón Cañas".

6. Giancoli, Douglas (1997). Ciencia de los materiales. Naucalpán de Juárez: Editorial Prentice-Hall

Hispanoamericana, S.A.

7. ASTM International, Standart Worlwide. (1996). Recuperado el 16 de Enero de 2012, de

http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/Q406/q406octsteel.html

http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf



16

6. Normas ASTM

ASTM E18-79

Define a la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, por el usa de una

máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o

una bola de acero endurecido, bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser

ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad de la deformación permanente bajo

condiciones específicas de carga.

ASTM E140 – 07

Define las Tablas de conversión estándar de los niveles de dureza de los metales entre las escalas

Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop y Shore.

ASTM E10

Define al método de Brinell, que consta en la determinación de la dureza al introducir una esfera de

material resistente en la superficie del metal y luego midiendo el diámetro de indentación dejado por la

esfera.

ASTM E 92

Define al método de dureza de Vickers el cual consiste en un indentador piramidal con Angulo de 136°

que es presionado contra la superficie del material a una carga predeterminada. La indentación

resultante es medida de diagonal a diagonal.

Dureza de Rockwell

Documents

Transcript of Dureza de Rockwell