Laboratorio de Dureza

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

1. Objetivos:

Conocer los métodos de dureza más utilizados en la industria.

Determinar la dureza de diferentes materiales.

Conocer las equivalencias entre los distintos métodos de ensayo.

Comparar entre los materiales usados y destacar el material más duro y

menos duro.

Indagar la importancia de un ensayo de dureza.

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2. Fundamento teórico:

Se entiende por dureza la resistencia superficial a la deformación de un sólido.

Aunque no es una propiedad fundamental de un material, a partir de ella se

pueden obtener informaciones acerca de las características mecánicas del

mismo, ya que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas.

El valor de dureza obtenido en un ensayo determinado sirve solo como

comparación de ese material con otros, o con el mismo, tras un tratamiento

efectuado sobre él.

El procedimiento de ensayo y la preparación de la muestra tienen la ventaja de

ser sencillos, rápidos y en algunos casos no destructivos. Además, a partir de

la dureza de un material se puede obtener cierta información sobre sus

características mecánicas, composición, resistencia al desgaste, dificultad de

mecanizado, etc.

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.).

A continuación presentamos una tabla donde se muestra las escalas, el

penetrador a usar, las cargas utilizadas en cada escala y algunas aplicaciones:

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Tabla 1 ESCALAS ROCKWELL

Símbolo de la Escala

Penetrador Carga mayor(kg)

Aplicaciones

A Diamante 60 Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

B Esfera de 1/16 pulgada

100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.D Diamante 100 Aceros cementados.E Esfera de 1/8

pulgada100 Metales blandos y antifricción.

F Esfera de 1/16 pulgada

60 Bronce recocido.

G Esfera de 1/16 pulgada

150 Bronce fosforoso y otros materiales.

H Esfera de 1/8 pulgada

60 Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

K Esfera de 1/8 pulgada

150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

Condiciones del ensayo:

1. La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo

etc.

2. El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la

profundidad de la huella, y el ensayo no es válido si en la cara posterior

a la del ensayo aparece una protuberancia.

3. Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis

milímetros al del penetrador. Los valores de dureza resultan ligeramente

inferiores a los valores reales.

4. La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la

superficie de la probeta.

En los ensayos de dureza Rockwell, las unidades de dureza se establecen por

la medida de la profundidad, en milímetros, de la huella de acuerdo con el

modelo, esto en diferencia con los otros ensayos que miden la dureza en

relación a la superficie de la huella:

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HR=A− L0.002

……………….. (1)

Donde

A: toma el valor de 100 para dureza Rockwell C y 130 para dureza Rockwell B.

L: la profundidad en mm

Dureza Brinell:

Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante

el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a

estudiar. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900,

siendo el método de dureza más antiguo.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras

delgadas. El indentador usado es una bola de acero templado de diferentes

diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de

tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10

milímetros de diámetro, con una fuerza de 3000 kilopondios.

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de

utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el

ensayo no es válido.

Para determinar la dureza de un material con este método la superficie sobre la

cual se va aplicar la carga debe tener un torneado fino.

En el cuadro se muestra como calcular la dureza con los datos de la carga, el

diámetro del indentador y el diámetro de la huella

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Tabla 2

Ensayo BRINELL.

Indentador: Esfera de 10mm de

acero o carburo de tungsteno.

Carga = P

Fórmula: HB =

Diámetro de las bolas y presiones empleadas:

Tabla 3

ESPESOR DELA

PROBETA

DIAMETRODE LABOLA

CONSTATES DE ENSAYO K

30 10 5 2.5 1.25

CARGAS EN KG

30D2 10D2 5D2 2.5D2 1.25D2

Superior a 6mm 10 3000 1000 500 250 125

De 6 mm a 3 mm

5 750 250 125 62.5 31.2

Menor de 3mm 2.5 187.5 62.5 31.2 15.6 7.8

1.25 46.9 15.6 7.81 3.91 1.99

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Dureza Vickers:

El ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para

medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de

cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo

base de 136º.

Se emplea para láminas tan delgadas como 0.006 pulgadas y no se lee

directamente en la máquina.

Tabla 4

Para determinar la dureza de un material con este método la superficie sobre la

cual se va aplicar la carga debe estar pulida y debe brillar como un espejo.

Ensayo VICKERS

Indentador: Pirámide de

diamante

Carga = P

Fórmula: HV = 1,72

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Dureza Shore:

Mediante este método la dureza se mide por la altura que alcanza el rebote de

un cuerpo al caer de una altura fija sobre la superficie del material que se

ensaya. La máquina o equipo usado para medir esta dureza es el Esclerómetro

o Escleroscopio SHORE; que consta de un martillo, el cual tiene forma

cilíndrica con punta de diamante redondeada. Este durómetro no produce

huella en el material ensayado.

3. Cálculos y resultados

1. Dureza Rockwell

Material Escala Carga (kg) Indentor Dureza

Acero liso(SAE1010) B 100 Bola 1/16” 79,5Acero corrugado(SAE1045) B 100 Bola 1/16” 94

Aluminio H 60 Bola 1/8” 87,5

Cobre F 60 Bola 1/16” 44

Bronce F 60 Bola 1/16” 90,5

MaterialEscala

Carga

1°Medición

2°Medición

3°Medición

Promedio

Acero liso(SAE1010) B 100 80,4 78,7 79,1 79,4Acero corrugado(SAE1045)

B 100 96,4 96,2 96,6 96,4

Aluminio F 60 52,0 48,2 53,5 51,2

Cobre F 60 42,0 46,7 41,3 43.3

Bronce B 100 59,8 60,6 59,5 59,97

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4. Conclusiones:

1. Los materiales con mayor porcentaje de carbono son más resistentes

2. Cada ensayo maximiza la eficiencia de la medición de durezas

dependiendo el material a medir y las condiciones en las que esta se

mide.

3. Al medir el mismo material varias veces en la misma maquina existe una

variación en los datos la cual si excede los márgenes mínimos, significa

que el ensayo está mal realizado.

4. La dureza, es una propiedad de la capa superficial del material, no del

material en sí.

5. A una mayor área de penetración se obtendrá una menor dureza.

6. La importancia de la dureza radica en que nos permite conocer las

propiedades mecánicas lo cual nos sirve para saber dónde aplicar los

materiales en la industria.

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5. Test de comprobación

Aunque las medidas de dureza se expresan normalmente mediante una

abreviatura del ensayo correspondiente con los parámetros de ensayo (donde

los hubiera) o el código de la escala utilizada, ¿en que unidades físicas se

podrían expresar las diferentes escalas de dureza rockwell, brilnel y bickers.?

Tanto la dureza rockwell, brilnel y bickers se pueden expresar en Kg

m2

¿Se pueden comparar las durezas medidas en diferentes escalas de rockwell?

No porque cada ensayo hecho se realiza para diferentes materiales según las

tablas orientativas que se proporcionan, por lo tanto cada dureza obtenida en una

escala determinada es para un material distinto.

A partir de que valoren HRB aproximadamente se puede medir ya en HRC

El ensayo brinell es válido solo para valores menores de 600 HB en

el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se

deforma y el ensayo no es válido.

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6. BIBLIOGRAFÍA

Callister, W. D., 2004, Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales,

Editorial reverte, pág. 136.

Smith W. F., 1990, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de los Materiales,

Editorial MC Graw Hill ,4ta edición, pág. 103.

Askeland D. R., 1998, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Editorial

International Thomson, 3ea Edición, pág. 130-160.

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