universidad nacional de ingieneria

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA MECNICACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERA MECNICA INFORME DE ENSAYO DE DUREZA

CIENCIA DE LOS MATERIALES

PROFESOR : ING. Jose Luis SosaESTUDIANTE: Ccanchi Espinoza Jhonny Hctor 20090125G Mantilla Huaman Paulo Cesar 20092092I Paisano Charka Lucio 20090127K Ledesma Pihue Jhossep 20090200ISECCION:D

FECHA DE PRESENTACIN:18/09/2010Lima Per2010INDICE

1.OBJETIVOS32.EQUIPOS UTILIZADOS43.DESCRIPCIN DE PROCEDIMIENTO64.CUESTIONARIO146.CONCLUSIONES187.RECOMENDACIONES198.OBSERVACIONES209.BIBLIOGRAFIA2110.ANEXO22

1. OBJETIVOS

Conocer y manipular los equipos de laboratorio, de ciencias de materiales, para la aplicacin de los diferentes ensayos de dureza como: Ensayo Vickers Ensayo Brinell Ensayo Rockwell Conocer y aplicar las respectivas normas para los ensayos de dureza, como por ejemplo las normas ASTM, NTP. Identificar el tipo de ensayo que se debe aplicar a un material especfico. Manejar de manera correcta las formulas necesarias para la determinacin de los nmeros de dureza brinell y vickers. Buscar, conocer y profundizar los conocimientos sobre la dureza como propiedad mecnica de los materiales.

2. EQUIPOS UTILIZADOS

Para el ensayo de dureza brinell: Precisin: 0.005 mmMarca: Avery Dennison

Consiste es una mquina que posee una base donde se coloca la probeta, la maquina, adems posee una saliente proyectada perpendicularmente hacia la base en el cual se monta la billa a travs de la cual se aplica una carga con ayuda de un brazo de palanca predeterminada sobre la probeta. La cantidad de carga vara dentro de cierto rango. La mquina es completamente esttica, lo que garantiza el no deslizamiento de la billa para la correcta aplicacin perpendicular de la carga sobre la probeta.

Para el ensayo de dureza rockwell:Marca: Wilson INSTRUMENT DIVISIONRango de medicin: 35HRB-120HRBLa tolerancia de la bola de penetraciones 0.003mm La lectura de la dureza esta en el color rojo para la escala B, y negro para la escala C.

Consta de:Un soporte plano de acero lo suficientemente duro y rgido para prevenir su deformacin, el que se encontrar fijado simtricamente debajo del penetrador.Un indicador dial de dureza, el cual est diseado para medir la profundidad diferencial, la lectura del dial corresponde a la cifra de dureza Rockwell del tipo de ensayo Rockwell realizado.Una manilla giratoria para elevar el soporte rgido, que adems permite la aplicacin de la carga inicial (Po). Una palanca lateral para aplicar la carga principal (P1).Tornillo regulador de escala, permite ajustar la maquina a la escala deseada.Esta mquina de ensayo permitir la aplicacin de la carga en forma perpendicular a la superficie de la pieza, adems de permitir la mantencin de la carga de trabajo durante el tiempo especificado de manera constante.

Para el ensayo de dureza vickers:Marca: Leitz Westzlar. Pas de fabricacin: Alemania. Rango de medicin: HV 10 - HV 2500Precisin: 5 m 99 m (diagonales)

3. DESCRIPCIN DE PROCEDIMIENTO

ensayo de dureza brinell:Es un ensayo de penetracin. En el ensayo Brinell son usadas bolas de acero templado de diferentes dimetros. Para materiales ms duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En este ensayo que vamos es utilizando una maquina calibrada que ejerce una carga a un baln de acero de 10 milmetros de dimetro, con una fuerza de 3000 kg. El valor medido es el dimetro del casquete en la superficie del material. Para hallar la--la superficie donde se va a hacer la prueba debe estar pulida.1) Se coloca la probeta sobre la base de la makina,en posicin y lista para su contacto con la billa.2) Se aplica la carga de prueba a velovidad muy baja durante unos 15 segundos aproximadamente, despus se rtira la carga de manera gradual.

Luego de tener la huella se mide con el vernier o pie de rey.

datos y clculos

Diametro de la bola(D): 10mm Carga aplicada (P): 3000kg Diametro de la huella (d):

1 = 3.55mm2 = 3.65mm2 = 3.55mm

promedio = 3.58mm

P: carga aplicada en N (kgf)D: dimetro del baln en mm.d: dimetro medio de la huella en mm.1 kgf es igual a 9.80665 N.

Esquema de la aplicacin de carga

Remplazando los todos los datos en la formula se obtuvo el siguiente resultado:

HB = 288,15

ensayo de dureza rock well:

En este ensayo solo hallaremos la dureza en la escala B y F.Calibracin de la maquina:Se procede a ubicar el penetrador de bola esfrica de 1,588mm, se calibra la mquina girando el tornillo superior del durmetro, hasta llegar a la marca de la escala en cuestin. Luego se monta la probeta en el soporte, girando la llave del soporte se pone en contacto la pieza con el penetrador. Se gira hasta que la aguja del dial de dos vueltas, quedando en el punto "cero" (aplicacin carga inicial).A continuacin se gira la manilla frontal, que aplica la carga P1, de forma lenta y uniforme, Transcurrido 15 s levantamos la manilla observamos la lectura y la registramos.(Esta fase se realiz 4 y 3 veces para cada probeta cuidando de no iniciar la medicin sobre un rea en la que ya se haya realizado otro ensayo, para lograr una mejor precisin al sacarle el promedio).

Escala negra y roja de la maquia Wilson

Imagen de la mquina de dureza Wilson

datos y clculos

Dureza del aluminio (escala F): Penetrador de bola =1/16Carga: 60KgCartula: rojo

a) HRF = 52.2544 HRFb) 56 HRFc) 57 HRFd) 52 HRF

Dureza del cobre (escala F): Penetrador de bola =1/16Carga: 60KgCartula: rojo

a) HRF = 15.6618 HRFb) 11 HRFc) 18 HRF

Dureza del bronce (escala F): Penetrador de bola =1/16Carga: 60KgCartula: rojo

a) HRF = 9595 HRFb) 95 HRFc) 95HRF

Dureza del acero de bajo carbono (escala F): Penetrador de bola =1/16Carga: 60KgCartula: rojo

a) HRF = 9898 HRFb) 98 HRFc) 98HRF

Dureza del acero de medio carbono (escala B): Penetrador de bola =1/16Carga: 100KgCartula: rojo

d) HRF = 102.66101 HRFe) 102 HRFf) 105HRF

ensayo de dureza vickers:

Es un procedimiento estandarizado utilizado medir la dureza de los materiales metlicos y esta normalizado por The American Society for Testing and Materials (ASTM ) E 92. Durante las mediciones se hace penetrar un indentor de diamante que tiene forma de pirmide de cuatro caras con ngulo 136. Despus de quitar la carga P, que se acciona durante 10 15 segundos si son materiales ferrosos y 30 segundos para materiales no ferrosos, se mide la diagonal d dejado por la huella que ha quedado en la superficie de la muestra. El nmero de dureza HV, se determina como la razn existente entre la carga expresada en kilogramos y el rea de la superficie lateral de la huella piramidal obtenida.

Las muestras para medir la dureza HV deben de estar, pulidas y sus superficies no deben tener endurecimientos por deformacin en frio.El espesor mnimo de la muestra a ensayar debe sobrepasar la diagonal de la huella en 1,2(para el acero) o en 1,5 veces (para los metales no ferrosos y aleaciones). La distancia entre en centro de la huella y los bordes de la muestra o el extremo de la huella contigua se considera no menor a 2,5 d.

Imagen de la mquina Leitz Westzlar.

Imagen de una prensadora q se uso para que las superficies de la probeta durante el ensayo estn totalmente paralelas y horizontales

Imagen de los estudiantes colaborando en la medicin de las diagonales de la huella

Datos y clculos

Dureza del bronce:

HV = 216,74p = 100gd1 = 28,5 md2 = 30,0 m

dprom = 29,25 m

Dureza del acero de bajo carbono:

HV = 183,95p = 100gd1 = 31,5 md2 = 32,0 m

dprom = 31,75 m

Dureza del cobre:

HV = 67,28p = 100gd1 = 54 md2 = 51 m

dprom = 52,5 m

Dureza del aluminio:

HV = 216,74p = 100gd1 = 50 md2 = 50 m

dprom = 50 m

4. CUESTIONARIO

1. Qu caracteristica tienen los ensayos de microdureza?, seale ejemplos del uso de estos ensayosEste tipo de ensayo consiste en generar una huella muy pequea paramedir la dureza de muestras de pequeo tamao. Esto se haceaplicando cargas muy pequeas. Los ensayos de microdureza sonensayos de precisin.El principal inconveniente es que necesitan una gran preparacin superficial del material a probar, llegando al pulido metalogrfico, tambin denominado acabado espejo. Existen tres tipos de ensayo de microdureza: Knoop, Vickers y Ultrasonido. Entro los principales usos de los ensayos de microdureza encontramos:

Pequeas piezas que son difciles de medir con otro durmetros Medida de micro-constituyentes y /o fases Medida de superficie tratadas trmicamente tales como capas endurecidas o nitruradas Medida en condiciones no deseables de superficie tales como la decarburizacin Medida de recubrimientos

2. La dureza y la resistencia mecnica estn relacionadas linealmente. Cul es la causa de la relacin?la dureza es una propiedad fundamental de los materiales yesta relacionada con la resistencia mecnica. la dureza puededefinirse como la resistencia de un material a la penetracin oformacin de huellas localizadas en una superficie. cuanto maspequea sea la huella obtenida en condiciones normalizadas,mas duro ser el material ensayado. el penetrador en un ensayode dureza es generalmente una esfera, pirmide o cono hecho deun material mucho mas duro del que se ensaya, como porejemplo acero endurecido, diamante o carburo de tungstenosinterizado.

3. Describa la medicin de dureza brinell, indique sus aplicaciones. Se comprime una bola de acero templada, de dimetro (D) 2,5; 5 10mm, contra el material aensayar con una fuerza P. Despus de liberar la carga se mide el dimetro (d) de la huella con undispositivo amplificador ptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:

Y sus aplicaciones se pueden observar en la medicin de elementos metlicos de tamao regular a donde se tiene difcil acceso, es decir q se toman muestras relativamente grandes.

4. Describa la medicin de dureza en las escalas rockwell B y rockwell C.

Para los materiales duros se emplea como elemento de penetracin un cono de diamante de ngulo 120, y para los semiduros y blandos una bolita de acero de 1/16, deducindose la fuerza Rockwell de la profundidad conseguida en la penetracin. El cuerpo empleado para la penetracin se hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de 10Kg. La profundidad de penetracin alcanzada constituye el valor de partida para la medicin de la profundidad de la huella. Despus se aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada a la bolita (100Kg), bajndose nuevamente el valor previo. Se mide la profundidad de penetracin que queda y en la escala del aparato se lee directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRc) cono o la Rockwell B (HRb) bolita.

a) PENETRADOR DE DIAMANTEEste tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D.Consiste en un cono de diamante cuyo ngulo es de 120 0.5 y su eje debe coincidir con la direccin de penetracin con una tolerancia de 0.5. La punta es un casquete esfrico con un radio de 0.200 mm.La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropa del diamante hace difcil el maquinado del mismo en forma totalmente simtrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrn sobre piezas patrn de diferentes durezas.

b) PENETRADOR ESFERICO DE ACEROEste tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E Y F. Consiste en un baln de acero templado y pulido, con un dimetro de 1.588 mm 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un dimetro de 3.175 mm 0.004 mm. Dicho baln debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales.Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformacin mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial.En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulacin en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de xidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

5. Describa la medicin de la dureza en la escala Vickers y en la medicin de microdureza Vickers.

En este caso se emplea como cuerpo de penetracin una pirmide cuadrangular de diamante.La huella vista desde arriba es un cuadrado. Este procedimiento es apropiado para aceros nitrurados y cementados en su capa externa, as como para piezas de paredes delgadas de acero o metales no frreos.La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y de la diagonal en mm2 de la huella de la pirmide segn la frmula:

La forma de operar es muy sencilla, primero se fija la muestra con la ayuda de la prensa manual. Luego la carga es aplicada por medio de un juego de palancas que mueven una leva. Se mantiene la carga durante un cierto tiempo (por lo general 15 segundos). Se enfoca con el microscopio sobre la huella a la vez que se levanta el diamante. La huella formada es muy pequea y sus bordes forman en la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una retcula graduada y luego se halla la dureza.

6. CONCLUSIONES

Se comprob que los aceros poseen una mayor dureza. El aluminio pese a ser un metal es blando, en comparacin con los otros metales. Los materiales con mayor porcentaje de carbono son mas resistentes La utilizacin de la precarga es para determinar la diferencia de alturas. Las aleaciones como el bronce pueden mejorar las propiedades de un metal como el cobre, lo cual puede ser fcilmente observado al comparar las durezas entre el bronce y el cobre.

7. RECOMENDACIONES

Tratar de tener los materiales a usar lo ms limpios posibles, lijados, es decir una superficie perfectamente plana. Tener bastante cuidado a la hora de tomar las mediciones y que de ellos depende la mayor precisin de los datos. Verificar que el penetrador este en posicin perpendicular a la superficie de la probeta. No mover el equipo de penetracin a la hora de aplicada la carga. Como regla general para el ensao Vickers, el espesor de la probeta debe ser superior a 1.5 la diagonal de la huella. El valor de la diagonal tomado debe ser el promedio de las dos diagonales de la huella.

8. OBSERVACIONES

Los datos obtenidos distan un poco de los obtenidos por las tablas. De loa grficos realizados observamos que el acero dulce y el acero de construccin son los que poseen mayor dureza en relacin a los otros materiales ensayados. Durante el ensayo, hemos podido notar que las mediciones realizadas de dureza de una material se hallan dentro de un rango de valores. Son muy importantes el uso de las tablas para poder corroborar los datos obtenidos de esta experiencia. Para el ensayo Rockwell se uso un penetrador de bola de diamante. Se observa que cuando mayor es la profundidad (e), del ensayo Rockwell menor es la dureza del material.

9. BIBLIOGRAFIA

Gabriel Calle Trujillo. Laboratorio de Resistencia de Materiales Gua de laboratorio, UTP, 2004. www.inoxidable.com/dureza.htm T. Robert N. ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (WILSON ) 2008-04-04 Wikipedia. Ensayo Rockwell. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell. William F. Smith. Fundamentos de ciencia e ingeniera de materiales, Editorial McGrawHill, 1998. Donald Askeland, Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial THOMSON EDITORES, 3ra Edicin, 1998.

10. ANEXO

Escalas y colores empleados en RockwellESCALA DESIGNACIONTIPO DE PRUEBATIPO Y TAMAO DEL PENETRADORCARGA MENOR (KG)CARGA MAYOR (KG)ESCALA DEL COMPARADOR

ColorColocacin

A NormalCono de diamante 10 60 Negro Fuera

B " Bola de 1/16" " 100 Rojo Dentro

C " Cono de diamante " 150 Negro Fuera

D " Cono de diamante " 100 Negro Fuera

E " Bola de 1/8" " 100 Rojo Dentro

F " Bola de 1/16" " 60 " "

G " Bola de 1/16" " 150 " "

H " Bola de 1/8" " 60 " "

K " Bola de 1/8" " 150 " "

L " Bola de 1/4" " 60 " "

M " Bola de 1/4" " 100 " "

P " Bola de 1/4" " 150 " "

R " Bola de 1/8" " 60 " "

S " Bola de 1/8" " 100 " "

V " Bola de 1/8" " 150 " "

15 -N Superficial Cono de diamante 3 15 " "

30-N " Cono de diamante " 30 " "

45-N " Cono de diamante " 45 " "

15-T " Bola de 1/16" " 15 " "

30-T " Bola de 1/16" " 30 " "

45-T " Bola de 1/16" " 45 " "

Breve Historia de los ensayos de Microdureza

El trmino 'microdureza' es realmente errneo. No hay nada de 'micro' sobre la dureza de los materiales que se ensayan. Solo el tamao que resulta de las huellas es 'micro'. El trmino 'micro-identacin' de dureza sera quizs una mejor descripcin. Desde hace tiempo, se considera microdureza cuando se emplean cargas de 2Kg o menos.

Aplicaciones de ensayo de Microdureza

Figura 1: Huella VickersHay dos tipos de tipos predominantes de ensayos de microdureza. El primero, Vickers, que fue introducido en Inglaterra en 1925.La Figura 1 muestra una tpica huella Vickers.Con el trmino Vickers tambin se refiere a la pirmide de diamante.

Figura 2: Penetrador Vickers. Direccin de esquema http://www.gordonengland.co.uk/La geometra del penetrador Vickers es la misma que para los ensayos convenciones de macro dureza.La Figura 2 muestra el esquema de un penetrador Vickers. La profundidad de penetracin es 1/7 de la diagonal.

El segundo popular mtodo de ensayo de microdureza es el Knoop.El mtodo Knoop se desarroll por el National Bureau of Standards (USA) en 1939. Se emplea un penetrador de diamante piramidal de base rmbica de geometra mostrada en la figura 3. El penetrador Knoop produce una huella relativamente poco profunda (1/30 de la longitud de de la diagonal mayor) cuando se compara con una carga realizada por penetrador Vickers.

Figura 3: Penetrador Knoop. Direccin de esquema http://www.gordonengland.co.uk/

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