Ensayo de Dureza Nunura

Ensayo de Dureza

Consiste en la aplicacin de una carga en la superficie de un

material empleando un penetrador estandarizado

produciendo una marca superficial o impresin.

Mtodos:

Por Rayado Por Penetracin Por Rebote

DUREZA POR RAYADO

Este tipo de ensayo es poco utilizado en los metales. Mayor

aplicacin en el campo de la mineraloga. (Dureza Mohs)

Ensayo de Dureza

DUREZA POR PENETRACIN

Ensayo de Dureza

DUREZA POR PENETRACIN

Ensayo de Dureza

Mtodo Brinell Mtodo Rockwell Mtodo Vickers

1 - DUREZA BRINELL

P: Fuerza aplicada en kg

S: rea del casquete semi-

esfrico en mm2

HB: Nmero de dureza Brinell

Propuesto por James A. Brinell

en 1900. Fue el primer ensayo

de penetracin estandarizado y

reconocido industrialmente.

Ensayo de Dureza

D: dimetro de la esfera (Acero (HBS:

Hardness Brinell Steel) y Carburo de

Tungsteno (HBW: Hardness Brinell W)

d: Media aritmtica de los dimetros (d1

y d2) de la huella

P: carga aplicada

Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL

222

dDDD

PHB

Ensayo de Dureza 1 - DUREZA BRINELL: Evolucin Tecnolgica

Respecto a las cargas, tienen que ser proporcionales al

cuadrado del dimetro, para que las huellas obtenidas sean

semejantes, y los resultados, comparables.

Es decir que P = K x D2

Constante Materiales Ejemplos

30 Materiales ferrosos y no

ferrosos resistentes

Aceros, hierro fundido. Aleaciones de:

Ni, Co, Ti

15 Solamente para cargas de

3000 kgf

Titanio y aleaciones. Aleaciones leves.

10 Materiales ferrosos dctiles y

no ferrosos

Hierros fundidos, aleaciones de: Al, Cu,

latones, bronces, aleaciones de Mg. Zn.

5 Metales no ferrosos blandos Metales puros: Al, Mg, Cu, Zn.

2,5 Metales blandos Aleaciones de: Sn, Pb, Sb, Be, Li.

1,25 Metales muy blandos Metales puros: Be, Li.

1 Metales extra blandos Metales puros: Sn, Pb, Sb.


Cargas recomendadas para diferentes esferas y constantes.

Dimetro de Billas y Cargas Empleadas en el Ensayo Brinell

Espesor

Dimetro

Constantes de Ensayo K

30 10 5 2,5 1,25

Cargas en kg

302 102 52 2,52 1,252

> 6 mm 10 3000 1000 500 250 125

6 a 3 mm 5 750 250 125 62,5 31,2

< 3 mm 2,5 187,5 62,5 31,2 15,6 7,8

1,25 46,9 15,6 7,81 3,91 1,99

0,625 11,7 3,91 1,953 0,977 0,488

El resultado del ensayo solo ser vlido se el dimetro

medio corresponde de un 24% a 60% del dimetro de la

billa.


Lectura y Designacin

Ensayo de Dureza

Acero de herramientas templado..........500

Acero duro (0,8% de Carbono)..............210

Acero dulce (0,1% de Carbono).............110

Bronce.....................................................100

Latn..........................................................50

Aluminio.............................................25 a 30

1 - DUREZA BRINELL

Ensayo de Dureza

Eleccin del material de la esfera. De acero (para

materiales con dureza < 350

HB). De WC (para materiales

con dureza < 650 HB).

Eleccin de la carga (Depende del material y de

la constante K)

Definicin de la carga aplicada (P = K x D2)

Validez del resultado:

(Dimetro de impresin:

0.24xD a 0.6xD)

1 - DUREZA BRINELL

Ensayo de Dureza

Un ensayo no debe ser

realizado en superficies

cilndricas con radio de

curvatura menor que 5 veces

el radio de la esfera.

Bases prismticas para ensayos en probetas

cilndricas.

1 - DUREZA BRINELL

CORRELACIN ENTRE DUREZA BRINELL

Y LA RESISTENCIA A LA TRACCIN

CONVENCIONAL

Ensayo de Dureza

Material

Acero al C 3,6

Acero al C con

T.T

3,4

Acero aleado

con T.T.

3,3

Latn en estado

de acritud

3,45

Cobre recocido 5,2

Aluminio y sus

aleaciones

4,0

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetracin y la carga total no se aplica en forma continua.

Hay una carga inicial y otra adicional (varia segn las condiciones de ensayo).

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

Ensayo de Dureza

Los penetradores pueden ser esferas de acero (billas

de Brinell) o diamantes

aplicadas con diferentes

cargas segn el material y

su espesor.

Se basa tambin en la resistencia que oponen los

materiales a ser

penetrados, en funcin de

la profundidad de la huella.

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza 2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (ASTM E18:2007)

Escala

Desig.

Rango

de

Escala

Tipo y tamao

del penetrador

Carga

menor

Carga

mayor

Escala del

comparador

kg kg

Color

Ubicacin Aplicaciones

A 20 -88 Cono de

diamante 10 60 rojo fuera

Aceros nitrurados, flejes estirados en fro,

hojas de afeitar. Carburos metlicos.

Tratamientos superficiales.

B 20 100 Bola de

1/16 10 100 negro dentro

Aceros al Carbono sin temple, hierros

fundidos y algunas aleaciones no

ferrosas.

C 20 70 Cono de


Aceros duros y herramientas. Dureza

superior a 100 HRB o 20 HRC

D 40 77 Cono de


Aceros cementados con reducida

espesura superficial.

E 70 - 100 Bola de


Materiales blandos, como antifriccin y

piezas fundidas. Aleaciones de Al - Mg

F 60 100 Bola de


Bronce recocido, aluminio, algunas

aleaciones de Al

G 30 94 Bola de


Bronce fosforoso, hierro fundido

maleable, aleaciones de Be

H 80 - 100 Bola de


Metales blandos, con poca

homogeneidad, fundicin de hierro.

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuacin)

Escala

Desig.

Rango

de

Escala

Tipo y tamao

del penetrador

Carga

menor

Carga

mayor

Escala del

comparador

kg kg Color Ubicacin Aplicaciones

K 40 - 100 Bola de

1/8 10 150 negro dentro Metales de baja dureza y plsticos.

L Bola de

1/4 10 60

negro

dentro

Iguales a Rockwell K. Cauchos y

plsticos

M Bola de

1/4 10 100

negro

dentro

Iguales a Rockwell K y L. Madera y

plsticos

P Bola de

1/4 10 150

negro

dentro Iguales a Rockwell K, L y M

R Bola de

1/2 10 60

negro

dentro

Iguales a Rockwell K y L. Metales

muy blandos, antimonio y plsticos.

S Bola de

1/2 10 100

negro

dentro

Iguales a Rockwell K, L y M

V Bola de

1/2 10 150

negro

dentro

Iguales a Rockwell K, L, M, P, R o S.

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

ESCALAS DE DUREZA ROCKWELL (Continuacin)

Escala

Desig.

Rango

de

Escala

Tipo y tamao

del

penetrador

Carga

menor

Carga

mayor

Escala del

comparador

Kg. kg Color Ubicacin Aplicaciones

15-N 70 - 94 Cono de

diamante

3 15 rojo fuera Aceros nitrurados, cementados y

de herramientas de gran dureza

con reducida espesura superficial.

30-N 42 - 86 Cono de

diamante

3 30 rojo fuera Aceros nitrurados, cementados y

de herramientas de gran dureza

con reducida espesura superficial.

45-N 20 - 77 Cono de

diamante

3 45 rojo fuera Aceros templados

superficialmente. Metal duro.

15-T 67 - 93 Bola de

1/16 3 15 Negro dentro Chapas finas de Cu, Al, Zn, Mg,

Pb, Sn.

30-T 29 82 Bola de 1/16

3 30 negro dentro Aleaciones de Cu, Al, Zn, Mg.

45-T 1 - 72 Bola de

1/16 3 45 negro dentro Bronces, latones, hierros fundidos

maleables, aleaciones no ferrosas.

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

Material de acero SAE 52100

ensayado por el mtodo

Rockwell luego de un

ensayo de templabilidad.

La medida que marca la

aguja en la escala roja (lado

externo del comparador) es

de 64 HRC.

2 - DUREZA ROCKWELL

Ensayo de Dureza

45 HR C

Valor de dureza

Ensayo Rockwell

Escala C:

Cono de diamante

Carga: 150 kg

2 - DUREZA ROCKWELL

DUREZA ROCKWELL PROFUNDIDAD DE PENETRACIN

Ensayo de Dureza

Basado en el valor de dureza Rockwell (HR)

Tipo de Penetrador Diamante Profundidad de Penetracin (mm)

Mtodo de Ensayo Comn h = (100 HR) 0,002

Superficial h = (100 HR) 0,001

Tipo de Penetrador Esfrico Profundidad de Penetracin (mm)

Mtodo de Ensayo Comn h = (130 HR) 0,002

Superficial h = (100 HR) 0,001

Para un acero al carbono templado con dureza igual a 65

HRC la profundidad de penetracin es:

h = (100 65) 0,002 = 0,07 mm

CORRELACIN ENTRE DUREZA ROCKWELL

Y DUREZA BRINELL

Ensayo de Dureza

La dureza Rockwell es definida por una relacin del tipo:

En que:

Constantes de la Escala Rockwell

Variacin en la profundidad

Profundidad de penetracin con la carga total

Profundidad de penetracin con la carga inicial

La dureza Brinell es definida por una relacin del tipo:

CORRELACIN ENTRE DUREZA ROCKWELL

Y DUREZA BRINELL

Ensayo de Dureza

Donde es la profundidad de penetracin Brinell

Y combinado esa ltima expresin

con la definicin de dureza

Rockwell:

o tambin:

Unidad II

Ing. Csar Nunura

3 - DUREZA VICKERS

Ensayo de Dureza

Se deriva directamente del mtodo Brinell,

(Compaa Vickers Armstrong Ltda., 1925)

El penetrador es una pirmide de diamante de

base cuadrada con un

ngulo de 136 entre

caras opuestas

Ensayo de Dureza

Configuracin del

Mtodo BRINELL

(HB)

Configuracin del

Mtodo VICKERS

(HV)

3 - DUREZA VICKERS

Ensayo de Dureza

2d

P1,854 HV

P: Carga aplicada en kg

d: diagonal promedio de la huella en

mm

3 - DUREZA VICKERS

Ensayo de Dureza

Tipo de Mtodo (ASTM E92:2003) Carga

Carga Normal 1 kgf 120 kgf (9,8 N 980 N)

Micro-dureza 1 g 1000 g

(0,0098 N 9,8 N)

Tipo de Material (ASTM E92:2003) Tiempo de aplicacin

de carga

Materiales duros 10 s 15 s

Materiales blandos 30 s 60 s

Impresiones extremamente pequeas y poco profundas (1/7

de la diagonal)

3 - DUREZA VICKERS

Ensayo de Dureza 3 - DUREZA VICKERS

Ensayo de Dureza

Material Dureza Vickers

(HV)

Lmite de

Proporcionalidad

(MPa)

Diamante 84 000 54 100

Alumina 20 000 11 300

Carburo de W 21 000 6 000

Acero al C 450 200

Aleaciones de Al

recocido 270 120

Aleaciones de Cu

recocido 220 80

Plomo 60 15

3 - DUREZA VICKERS

3 - DUREZA VICKERS - Microdureza

Ensayo de Dureza

4 - DUREZA KNOOP - Microdureza

Ensayo de Dureza

Propuesto en 1939. El penetrador es una

pirmide de diamante

alargada con ngulos de

17230 y 130 entre caras

opuestas. Se produce una

marca donde la diagonal

mayor y la menor presentan

una relacin de 7:1.

El intervalo de carga es de 1gf a 1000gf.

Capas superficiales, lminas finas, fases microscpicas,

ZTA en soldaduras, etc.


Ensayo de Dureza

Pro

f. D

r. C

. N

un

ura

Carga aplicada (N)

rea proyectada de la

impresin () Longitud de la diagonal

mayor (mm)


Ensayo de Dureza

DUREZA POR REBOTE MTODO SHORE

Ensayo de Dureza

Propuesto en 1900. Utiliza una barra de acero con una punta redonda de

diamante colocada dentro de un tubo graduado de vidrio.

La barra es soltada de una altura padrn, y la altura de rebote luego del impacto con la superficie del material es

considerada la dureza del mismo.

Inicialmente fue usado en

metales.

Actualmente

para estos

materiales: HB,

HR, HV

MTODO SHORE PARA POLMEROS

Ensayo de Dureza

La norma ASTM D2240:2003 estandariza ensayos para polmeros. Aun cuando utiliza el nombre de Shore, esta

norma indica el uso de un penetrador, como una variante

del mtodo inicialmente propuesto.

La dureza es dada por la resistencia que el material ofrece a la penetracin bajo una carga de compresin especfica.

La dureza tambin depende del mdulo de elasticidad y de la visco-elasticidad del material.


Ensayo de Dureza

20 90A

Por encima de 90B

Debajo de

20D

Por encima de 90 A

Debajo de

20D

20 100D

Caucho blando, caucho

natural, termoplsticos.

Caucho y termoplsticos con

dureza media.

Caucho moderadamente

duro, elastmeros,

termoplsticos, materiales

fibrosos.

Caucho duro, plsticos

duros, termoplsticos rgidos


Ensayo de Dureza

La superficie de apoyo y de la muestra debern ser lisas y de

caras paralelas. El durmetro se coloca sobre la muestra con

paralelismo de caras con ayuda de un dispositivo apropiado.

Es muy importante

realizar la medida

siempre al mismo

tiempo, 3 15 s.

CORRELACIONES ENTRE MTODOS

DE DUREZA

Ensayo de Dureza

CORRELACIONES ENTRE MTODOS

DE DUREZA Y RESISTENCIA MECNICA

Ensayo de Dureza

CORRELACIONES ENTRE

DIFERENTES ESCALAS

Ensayo de Dureza

Es muy conveniente saber

correlacionar la dureza de

una escala a otra. Sin

embargo, puesto que la

dureza no es una propiedad

del material muy bien

definida, y debido a las

diferencias experimentales

de cada tcnica, no se ha

establecido un mtodo

general para convertir las

durezas de una escala a otra.

Ensaios dos Materiais. Amauri Garcia, Jaime Spim, Carlos Alexandre dos Santos. Editorial LTC. 2 Ed. Rio de Janiero.

2012.

Ciencia e Ingeniera de Materiales. Donald Askeland. Editorial Cengace. 6 Ed. Mxico D.F. 2011.

Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Callister W. Editorial Revert. Barcelona. 2009.

Bibliografa Sugerida

Ensayo de Dureza Nunura

Documents

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