TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

Ingeniería industrial

Propiedades de los materiales

Grupo C

¨ENSAYO DE DUREZA Y

TRACCION.¨

EQUIPO 1:

Integrantes:

• Andrade Campillo Rodolfo

• Barrón Landeros María Fernanda

• Acosta Zavala Adrián

• Aguilar Ortega Yazmin Monserrat

• Arana Bustamante Regina

ASESOR: M.C. Ángel Guerrero Navarrete

Celaya,Gto. 31/Marzo/2020

Introducción

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados

en la selección y control de calidad de los metales.

El ensayo a tracción es la forma básica de obtener información sobre el

comportamiento mecánico de los materiales. mediante una máquina de ensayos

se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza

uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra

El ensayo de dureza permite determinar la resistencia que ofrece un material a ser

rayado o penetrado por una pieza de otro material distinto.

Objetivo

Ilustrar, mediante la experiencia, las propiedades mecánicas de los materiales que

se derivan a partir de un ensayo a tracción o de dureza, esto para saber

propiedades de los materiales como lo son la resistencia al ser rayado, penetrado

o a la deformación para saber si tiene las características requeridas para el uso o

el trabajo que se necesite cumplir.

ENSAYO DE DUREZA PARA DETERMINAR DIFERENTES

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES.

Para poder iniciar, debemos tener muy claro el concepto de dureza, se entiende

por dureza a la propiedad que tienen los materiales en general de resistir la

penetración de un indentador sometido bajo carga, de manera que la dureza

representa la resistencia del material a la deformación plástica localizada en su

superficie.

Existen diferentes tipos de ensayo para este tema, como lo son: MARTENS,

TURNER, VICKERS, ROCKWELL, BRINELL, etc.

En este caso, el que nosotros estamos analizando un ensayo de dureza Brinell. El

cual consiste en lo siguiente:

La norma ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como

un método de ensayo por indentación por el cual, con el

uso de una máquina calibrada, llamada durómetro, se

fuerza una bola fabricada de un acero templado extra

duro de un diámetro (D) determinado (función del

espesor de la probeta a ensayar), y bajo unas

condiciones específicas, contra la superficie del material

que se quiere calcular su dureza, mediante la aplicación

de una fuerza (P) durante un tiempo (t) dado.

Como resultado del ensayo aparecerá una huella que tendrá forma de casquete

esférico de diámetro (d) en la superficie de la probeta ensayada.

El valor que hay que medir en el ensayo es precisamente este diámetro (d) del

casquete que se forma en la superficie del material. La dureza Brinell (HB) viene

definida entonces por la siguiente expresión:

HB = P / S

- (S) la superficie de la huella que queda sobre la probeta del material ensayado,

que suele resultar con forma de casquete esférico, como se ha dicho.

-La fuerza (P) de la expresión anterior se expresa en kp (kilopondios) y

-La superficie de la huella (S) en mm2.

Para poder llevar a cabo este proceso, se necesitan los siguientes materiales:

➢ Probeta de acero 1020

➢ Penetrador de 2.5 mm

➢ Maquina de ensayo de dureza Brinell (Durómetro)

➢ Microscopio cat.

Para llevar a cabo este procedimiento previamente se tiene que realizar el ensayo de dureza Brinell, se debe preparar la superficie del material a evaluar.

Preparación de la superficie

Antes de someter el material a la unidad de ensayo de dureza Brinell, éste debe haberse:

• Mecanizado • Esmerilado • Lapeado • Pulido

En esta ocasión se trabajó el ensayo con una pieza de acero 1020, de la cual su

ficha técnica fue mencionada en el ensayo anterior donde se especifican cada una

de las características, propiedades y uso de este material. Como ya se ha

mencionado, para la realización de los ensayos de dureza Brinell se utiliza una

máquina calibrada llamada durómetro, que es el tipo de máquina empleada para

medir la dureza de los materiales.

Primero se analiza la Probeta que estamos utilizando, la cual es Probeta de acero

1020, como ya se dijo anteriormente, uno de los pasos importantes antes de

empezar, es limpiar muy bien nuestro material y de la misma forma, asegurarnos

de que el centro del diámetro no tiene que estar cerca de los bordes de la probeta

y por lo menos tres veces el diámetro de separación de alguna impresión previa

que se hiciera en la probeta.

El Identador o penetrador de 2.5 mm que estamos utilizando, es de acuerdo al

espesor de la probeta que se usa, y para eso se utiliza la siguiente tabla.

Se utiliza el aparato de dureza o durómetro marca Wolpert. El cual contiene tres opciones de ensayos de dureza, Vickers, Rockwell y Brinell en el cual se selecciona Brinell.

Ya con todo esto previamente preparado, comenzamos colocando el penetrador de 2.5 mm, para así de esta manera asegurar el identador al equipo.

En la parte derecha del aparato se localizan números en los cuales se determina la fuerza que se aplica al identador, para esto se debe revisar la tabla de magnitud aplicada en el identador o penetrador. La cual se muestra a continuación.

De acuerdo al material que estamos utilizando se selecciona la fuerza que se le aplicara al material, en este caso es Acero 1020 y su grado de fuerza es de 30.

Tambien se checa la tabla de diámetro

de perforador que estamos usando que

es de 2.5 mm, con esto ubicamos el

grado de fuerza y tenemos como

resultado que tenemos que aplicar una

fuerza de 187.5 kg/f.

En base a los datos ya checados,

procedemos a seleccionar 187.5 en

el durómetro.

Despues de realizar este paso se procede acomodar nuestra probeta

asegurándonos de que quede perfectamente alineada, recordando lo

anteriormente mencionado, que no debe quedar el perforador sobre los bordes,

tampoco debe de estar cerca de otra muestra que se realizara previamente. Nos

aseguramos de que quede perfectamente centrado.

Debemos ajustar el nivel con un

ascensor manual que se

encuentra en la parte inferior de la

maquina, para asegurarnos de

que la pieza llegue a tocar apenas

el perforador. Una vez que este

perfectamente centrada la pieza y

que este al nivel adecuado

procedemos a hacer el ensayo.

En la parte derecha inferior del

aparato se encuentra una palanca

el cual debemos accionar hacia la

izquierda como se muestra en la imagen.

Una vez accionada la palanza se debe esperar un tiempo de 15 segundos para

que se realice la prueba. Pasado este tiempo deberemos quitar la palanca

jalándola hacia el lado derecho y comenzar a bajar la plataforma para poder retirar

la probeta.

Ya retirada la pieza, se procede a tomar medidas

del diámetro que realizo el penetrador en la

pieza, para ello se hace uso de microscopio

como el que se muestra en la imagen el cual

viene graduado.

La vista que se obtiene gracias al microscopio es la siguiente, en el cual se

determino que el diámetro realizado por el perforador es de 1.4 mm, este dato nos

ayudara a determinar más adelante la dureza del material.

ENSAYO DE TRACCION PARA DETERMINAR DIFERENTES

PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MATERIALES.

Uno de los ensayos mecánicos tensión-deformación más común es la realizada

atracción.

El ensayo de tracción puede ser utilizado para determinar varias propiedades de

los materiales y se realiza con la máquina Universal.

La versatilidad del ensayo de tracción radica en el hecho de que permite medir al

mismo tiempo, tanto la ductilidad, como la resistencia. El valor de resistencia es

directamente utilizado en todo lo que se refiere al diseño. Los datos relativos a la

ductilidad proveen una buena medida de los límites hasta los cuales se puede

llegar a deformar el acero normalmente se deforma

una probeta hasta rotura, con una carga de tracción que aumenta gradualmente y

que es aplicada úniaxialmente a lo largo del eje de la probeta.

Al iniciarse el ensayo, el material se deforma elásticamente; esto significa que, si

la carga se elimina, la muestra recupera su longitud inicial.

Se dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la carga es de

magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica, esto es, no recuperable.

En otras palabras, el material no recupera su

longitud inicial si se elimina la carga aplicada. El

esfuerzo alcanza su máximo en el valor de

resistencia máxima a la tensión. En este valor de

esfuerzo, se forma en la probeta una estricción o

cuello, la cual es una reducción localizada en el

área de la sección transversal, en la que se

concentra todo el alargamiento posterior. Una

vez formado este cuello, el esfuerzo disminuye

al aumentar la deformación y continúa

disminuyendo hasta que la probeta se rompe.

Estirando el material, podemos determinar

rápidamente cómo el material va a reaccionar ante las fuerzas que se le aplican y

que tratan de estirarlo. A medida que estiramos el material, iremos viendo la

fuerza que hacemos en cada momento y la cantidad que se estira el material

(alargamiento).

Lógicamente Los ensayos de tracción se realizan con los materiales dúctiles, con

un cierto grado de plasticidad, tales como los materiales metálicos ferrosos y no

ferrosos, plásticos, gomas, fibras, etc.

tiene plasticidad es un material que tiene la capacidad de deformarse ante fuerzas

externas antes de llegar a romperse. Si el material no tuviera plasticidad no se

deformaría antes de romperse.

Máquina universal de ensayos, ¿qué es y por qué se llama así?

Una máquina universal de ensayos, es una máquina semejante a una prensa, con

facultades para someter materiales a ensayos de tracción, compresión o

flexión para medir sus propiedades. La fuerza ejercida se logra mediante placas

de compresión o mordazas (cónicas o laterales) accionadas por tornillos

(mordazas manuales) o sistema hidráulico (mordazas hidráulicas).

La máquina universal de ensayos tiene como función comprobar la resistencia de

diversos tipos de materiales. Para esto posee un sistema de servocontrol

(servolazo) que aplica cargas controladas sobre una probeta (modelo de

dimensiones preestablecidas) y mide en forma de gráfica la deformación, y la

carga al momento de su rotura.

¿Qué tipos de ensayos se pueden hacer?

Por ejemplo, en el ámbito de laboratorio, se usan probetas a escala, que

conservan las propiedades completas del material que deseamos probar. Pueden

ser a tracción, a compresión o a flexión.

Diferentes tipos de ensayos: tracción, compresión, cizalladura, flexión, pelado,

desgarramiento, cíclico y ductilidad a la flexión.

Y algunas propiedades que son evaluadas son:

1- Elasticidad

2- Esfuerzo

3- Alargamiento

4- Dureza

5- Embutibilidad

6- Resiliencia (Energía de deformación)

Tipos de probetas

Las probetas de ensayo para materiales metálicos se obtienen, generalmente por

mecanizado de una muestra del producto objeto de ensayo, o de una muestra

moldeada.

En el caso de tratarse de productos que tengan una sección constante (perfiles,

barras, etc.) o de barras obtenidas por moldeo, se pueden utilizar como probetas

las muestras sin mecanizar. La sección de la probeta puede ser circular, cuadrada

o rectangular.

Generalmente las probetas de ensayo para materiales no metálicos se pueden

preparar por prensado, por inyección o bien por arranque de viruta mediante corte

de planchas. En general hay tres tipos de probeta:

1.- Plásticos rígidos y semirrígidos.

El tipo de probeta M-III se empleará cuando el material sometido al ensayo

presente un espesor de 4 mm o menor y el tipo de probeta M-II se usará cuando

sean requeridas comparaciones directas entre materiales con diferente rigidez (no

rígido y semirrígido).

2.- Plásticos no rígidos

Se emplea el tipo de probeta M-II con espesores de 4 mm o menores. El tipo de

probeta M-I debe ser empleado para todos los materiales con espesores

comprendidos entre 4 y 10 mm.

3.- Materiales compuestos reforzados

Las probetas para materiales compuestos reforzadas serán del tipo M-I. En todos

los casos el espesor máximo de las probetas será de 10 mm. Las probetas que se

van a ensayar deben presentar superficies libres de defectos visibles, arañazos o

imperfecciones.

Procedimiento Experimental

-Medir el ancho y espesor de la probeta con un calibre o nonius en diferentes

puntos a lo largo de su sección.

-Hacer una marca en la probeta para poder medir posteriormente el alargamiento

máximo experimentado.

-Colocar la probeta en la máquina de ensayo y sujetarla con las mordazas.

-Ensayo de Tracción

-Seleccionar la velocidad de ensayo de acuerdo con la norma ASTM. Ha de ser

siempre aquella que provoque rotura de la probeta en un tiempo comprendido

entre 0.5 y 5 minutos.

Los datos obtenidos en los ensayos de tracción se pueden utilizar para comparar

distintos materiales y comprobar si algunos de ellos podrán resistir los esfuerzos a

los que va a estar sometido cuando es utilizado en una determinada aplicación,

por ejemplo, un metal en un puente, un ladrillo en una vivienda, una viga, etc.

Muchos materiales, cuando prestan servicio están sometidos a fuerzas o cargas,

ejemplos de ello son los revestimientos refractarios de los hornos, las aleaciones

de aluminio con las cuales se construyen las alas de los aviones, el acero de los

ejes de los automóviles o las vigas y los pilares de los edificios. En tales

situaciones es necesario conocer las características del material y diseñar la pieza

de tal manera que cualquier deformación resultante no sea excesiva y no se

produzca su rotura.

El Ensayo de Tracción

Para estos ensayos se utilizan trozos de material llamados "probetas" o

"muestras". Una probeta del material es un trozo de material con dimensiones

normalizadas para realizar ensayos, como el de tracción. Estas dimensiones

normalizadas son la longitud de la probeta y el área de su sección transversal. Ojo

no confundir con una probeta de laboratorio de física o química que sirven para

medir volúmenes.

Se coloca y agarra por sus extremos la probeta entre dos accesorios llamados

"agarres" o "mordazas" que sujetan la probeta en la máquina del ensayo

Normalmente la probeta se coloca en vertical. Ahora comenzamos a aplicar una

fuerza exterior por uno de los extremos de la probeta a una velocidad lenta y

constante. El otro extremo de la probeta permanecerá fijado al agarre, aunque en

alguna máquina se hace fuerza sobre la probeta por los dos extremos.

Todo cuerpo al soportar una fuerza aplicada trata de deformarse en el sentido de

aplicación de la fuerza. En el caso del ensayo de tracción, la fuerza se aplica en

dirección del eje de ella y por eso se denomina axial. La probeta se alargará en

dirección de su longitud y se encogerá en el sentido o plano perpendicular.

Según vamos aplicando cada vez más fuerza sobre la probeta, la probeta llegará

un momento que empezará a estirarse, disminuyendo su sección y aumentando

su longitud. Seguiremos aplicando cada vez más fuerza externa hasta que llegue

un momento que la probeta rompe. Este momento se llama el momento de la

fractura. Por este motivo se dice que el ensayo de tracción es un ensayo

destructivo, la pieza se rompe y ya no sirve.

Durante el ensayo vamos anotando los datos de fuerza (también llamada carga) y

estiramiento de la probeta. Con los datos obtenidos en el ensayo podemos hacer

una gráfica llamada "Curva de Tensión-Alargamiento".

Por tensión se entiende la fuerza aplicada a la probeta en cada momento, pero

OJO por unidad de sección. La unidad de tensión en el SI (sistema internacional)

es el Newton/metro cuadrado, aunque a veces por ser prácticos se expresa en

Kg/mm2 (milímetros cuadrados). Como ves será Newtons porque es la unidad de

fuerza y metros cuadrados por que es por cada unidad de sección, que como

sabes la sección se mide en metros cuadrados, milímetros cuadrados, etc.

Una vez finalizado el ensayo, la muestra de ensayo rota se recoge para medir la

longitud final y se compara con la longitud original o inicial para obtener la

elongación. Se calcula con la siguiente fórmula:

La elongación en mecánica es la

distancia que, en un instante dado,

separa a una partícula o cuerpo

sometidos a oscilación de su posición

de equilibrio.

La medida de la sección

transversal original también se

compara con la sección

transversal final para obtener

la reducción del área.

Norma

Los ensayos de tracción por lo general deben cumplir con los requisitos dado las

normas con la que se realiza, las cuales definen la forma y dimensiones de la

probeta, la velocidad de la prueba, la calibración y precisión del equipo, las

condiciones ambientales y la información que se debe presentar en el informe de

la prueba. Para materiales metálicos los estándares implementados son la EN ISO

6892-1 y la ASTM E8/8M.

Como lo pudimos observar en el video del ensayo de traccion ahí te muestra como

va paso por paso, lo primero pues fue medir la probleta y despues colocarla en la

maquina universal y ajustarla bien para que no valla a estar mal ajustada.

Ahora se empieza el proceso estirando el material y podemos determinar

rápidamente cómo el material va a reaccionar ante las fuerzas que se le aplican y

que tratan de estirarlo. A medida que estiramos el material, iremos viendo la

fuerza que hacemos en cada momento y la cantidad que se estira el material

(alargamiento).

Conclusión

En este ensayó de dureza es una condición de la superficie del material y no

representa ninguna propiedad fundamental de la materia.

Gracias a la variedad de ensayos de dureza que se pueden realizar en los

materiales podemos tener la certeza de que tipo de materiales estamos usando y

en que podemos emplear.

El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta

determinada.

El ensayo de dureza es, justamente con el de tracción, uno de los mas empleados

en la selección y control de calidad de los materiales

Referencias

https://www.youtube.com/watch?v=NyV7hnqAmvI

https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html

https://www.youtube.com/watch?v=Klx9KO1gOdI

https://youtu.be/2edtdDZlRWQ

https://www.areatecnologia.com/materiales/ensayo-de-traccion.html