Reporte de Ensayo de Dureza

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Instituto Tecnológico de Celaya Ingeniería Mecánica Ingeniería de Materiales Metálicos Practica 1 – Ensayo de Dureza Anguiano Guadián Sergio Arturo Baltazar Moreno Cristian Estefano De la Paz Aceves Raúl Gerardo 31/Marzo/2014

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Ensayo de dureza para Ingeniería de Materiales metalicos o afín

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Instituto Tecnológico de Celaya

Ingeniería MecánicaIngeniería de Materiales Metálicos

Practica 1 – Ensayo de Dureza

Anguiano Guadián Sergio Arturo

Baltazar Moreno Cristian Estefano

De la Paz Aceves Raúl Gerardo

Rosas López Josué

Valencia Ángel Paulo Sergio

Introducción

31/Marzo/2014

Presentación: ___________________

Ortografía: _____________________

Redacción: _____________________

Formato: ______________________

Contenido: _____________________

Introducción

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 (indentador o

penetrador), de determinada forma y dimensiones.

Durante las mediciones estandarizadas de dureza Vickers se hace penetrar un indentador de

diamante en forma de pirámide de cuatro caras con el valor del ángulo del vértice de la pirámide

estándar α = 136°.

Figura 1. Identador Piramidal (Vickers).

El estándar ASTM E 92-82 define la dureza Vickers como un método de ensayo por indentación

por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador piramidal de base

cuadrada que tiene un ángulo entre caras específico, bajo una carga predeterminada, contra la

superficie del material a ser ensayado y se mide la diagonal resultante de la impresión luego de

remover la carga. [1]

Imagen 1. Máquina de Prueba de Dureza. Imagen 2. Identadores Para prueba Vickers.

AluminioIngeniería de Materiales Metálicos 31/Marzo/2014

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El aluminio es el tercer elemento más abundante sobre la Tierra (después del oxígeno y del

silicio), pero, hasta finales del siglo XIX, era costoso y difícil de producir.

Éste posee una combinación de propiedades que lo convierten en un material extremadamente

útil en ingeniería. Tiene una densidad baja (2.7 gramos/cm3), que le confiere una utilidad

particularmente importante para el transporte de productos manufacturados. También, tiene

buena resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos naturales debido a la película de

óxido que se forma en su superficie.

El aluminio se puede conformar con facilidad, tiene una elevada conductividad eléctrica y

térmica, y a bajas temperaturas no presenta una transición de dúctil a frágil. No es tóxico y se

puede reciclar mediante sólo el 5% de la energía que fue necesaria para su fabricación a partir de

la alúmina. Esta es la razón por la cual tiene tanto éxito el reciclaje del aluminio. Las propiedades

físicas benéficas del aluminio incluyen un comportamiento no magnético y su resistencia a la

oxidación y a la corrosión.

Aunque la conductividad eléctrica del aluminio de la clase conductor eléctrico (EC) es como el

62% que la del cobre, su peso ligero lo hace más apropiado como conductor eléctrico para

muchas aplicaciones industriales.

El aluminio puro tiene una resistencia tensil de unos 13000 psi, sin embargo, grandes

incrementos en resistencia se obtienen mediante el trabajado en frío o por aleación. Algunas

aleaciones, adecuadamente tratadas en forma térmica, se aproximan a resistencias tensiles de

100000 psi. Sin embargo, el aluminio no exhibe un límite de resistencia a la fatiga verdadero, por

lo que en algún momento, incluso a esfuerzos reducidos, puede ocurrir la falla debido a la fatiga.

Debido a su bajo punto de fusión, el aluminio no funciona bien a temperaturas altas. Además, las

aleaciones de aluminio tienen dureza baja y, en consecuencia, su resistencia al desgaste es pobre.

El aluminio muestra una buena respuesta a los mecanismos de endurecimiento. Sus aleaciones

pueden llegar a ser hasta 30 veces más resistentes que el aluminio puro. [2]

A este bloque (Imagen 3) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 10, 15.625 y 20 kg de peso.

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Imagen 3. Bloque de Aluminio

Acero

El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro

combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría

adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en

pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio.

Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste

muy poco a la deformación plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se

alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento

de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar

preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero

al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales

como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio. [3]

Clasificación de Acero

Para clasificar el acero se pueden utilizar varios métodos:

Según el contenido de carbono:

Hipoeutectoides: Cuando su contenido en carbono varia de 0 al 0.87%.

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Eutectoides: Cuando el carbono alcanza el 0.88%.

Hipereutectoides: Cuando el carbono contenido oscila entre 0.88% al 1.7%.

Según su utilización:

1. Aceros de fácil deformación en frio.

2. Aceros para tratamientos termoquímicos.

3. Aceros estructurales de alta resistencia mecánica.

4. Aceros para herramientas y matrices.

5. Aceros inoxidables.

6. Aceros para otras aplicaciones.

Según su método de fabricación o manufactura: Este da lugar a acero Bessemer, de hogar

abierto, de horno eléctrico, de crisol, acero al oxígeno, etc.

Según su composición química: Este método indica por un sistema numérico el contenido

aproximado de los elementos importantes en el acero. [4]

A esta pieza (imagen 4) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 20, 30, 40 kg de peso.

Imagen 4. Pieza de Acero

Cobre

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El cobre es un metal duro, de color rojizo, inerte y pesado, extraordinariamente dúctil y maleable.

Después de la plata (Ag), el cobre es el mejor conductor de la electricidad. El cobre,

químicamente es resistente a los agentes atmosféricos, y no se corroe fácilmente a temperaturas

normales. En la actualidad se sabe que el cobre: destruye microorganismos y bacterias existentes

en el ambiente, impide la fijación de algas y organismos marinos.

El cobre tiene una alta compresibilidad, al igual que otros elementos del subgrupo IB (metales).

La densidad del cobre varía de 8.90 a 8.95 [ ] 3 g cm. La resistividad del alambre de cobre

recocido de 1m de largo, con un peso de 1g y con una densidad de 8.89 [ g/c m3] fue de 0.017241

[Ωmm2

m]. Normalmente, la conductividad eléctrica del cobre disminuye al aumentar la

temperatura. La conductividad térmica del cobre puro va desde 2780 [W/m•K] cerca de 0 °K

hasta 177 [W/m•K] en 2273 °K, con un máximo de 19600 [W/m•K] en alrededor de 10 °K. [5]

Propiedades térmicas:

Punto de Fusión: Tm=1084.88 °C.

Calor de Fusión: ΔHf =134

Calor de Vaporización: ΔHv =3630 [J g]

Calor de sublimación a 1299 °K: ΔH =3730 [J g]

Punto de Ebullición: tb=2595 °C

Conductividad Térmica: 398 [W m•K]

Coeficiente de expansión térmica a 20°C: 16.7 (µm/m/°C)

Calor Especifico a 20 °C: Cp = 0.092 [cal g]

A este placa (imagen 5) se le hicieron 3 pruebas de dureza con 10,20 y 30 kg de peso.

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Imagen 5. Placa de cobre.

Resultados

Aluminio

Prueba

Carga aplicada Longitud de Diagonal Dureza Vickers Dureza Promedio Dureza Real

1 10 kg 31 mm94.5531

kgf

mm2

98.7769kgf

mm2107

kgf

mm2

2 15.625 kg 38.3 mm96.7672

kgf

mm2

3 20 kg 41.8 mm104.0104

kgf

mm2

Acero

Prueba Carga aplicada

Longitud de Diagonal

Dureza Vickers

Dureza Promedio

Dureza Real (Acero templado)

1 20 kg 26.7 mm254.9217

kgf

mm2230.9841

kgf

mm2140

kgf

mm2

2 30 kg 33.6 mm241.4583

kgf

mm2

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3 40 kg 43 mm196.5724

kgf

mm2

Cobre

Prueba Carga aplicada Longitud de Diagonal Dureza Vickers Dureza Promedio Dureza Real

1 10 kg 29.9 mm101.6382

kgf

mm2

116.1669kgf

mm240

kgf

mm2

2 20 kg 34.5 mm152.6832

kgf

mm2

3 30 kg 53.8 mm94.1794

kgf

mm2

Conclusiones

Al finalizar la práctica concluimos que los materiales metálicos tienen distintas durezas, así como

también es distinta su ductilidad, pero no solo la dureza cambia al hacer un estudio en distintitos

materiales.

Realizamos tres pruebas a cada uno de los materiales (aluminio, acero, cobre) en diferentes áreas

de su superficie, obtuvimos distintos resultados en cada una de las pruebas, esto se debe a que el

material que estamos probando pudiera tener defectos o deformaciones en su estructura debido a

distintos factores como pueden ser el tratamiento térmico, tipo de aleación, porosidades, etc.

Así al obtener tres distintos resultados de dureza de un solo material las promediamos para tener

una aproximación más exacta a la dureza real del material y decimos aproximación porque

aunque sea el mismo material la dureza puede variar por los diversos factores antes mencionados.

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Proceso Ilustrado

Imagen 6. Colocación y enfoque de la pieza Imagen 7. Enfoque en Pantalla (70x).

en la Máquina.

Imagen 8. Selección de la fuerza de Imagen 9. Inicio de prueba (identador

presión. penetrando la pieza 15s).

Ingeniería de Materiales Metálicos 31/Marzo/2014Página | 8

Imagen 10. Revisión y medición de huella Imagen 11. Medida final de la diagonal

Con Vernier

Memorias de Cálculo

HV =1.8544 ( P

d2 )P=Fuerza Aplicada

d=Medidade diagonal

Ingeniería de Materiales Metálicos 31/Marzo/2014Página | 9

Aluminio

Prueba #1 d=31 mm70

=0.4428 mm

HV =1.8544 ( 10 kgf

(0.4428 mm )2 )=94.5531kgf

mm2

Prueba #2 d=38.3 mm70

=0.5471mm

HV =1.8544 ( 15.625 kgf

(0.5471mm )2 )=96.7672kgf

mm2

Prueba #3 d= 41.8 mm70

=0.5971 mm

HV =1.8544 ( 20 kgf

(0.5971mm )2 )=104.0104kgf

mm2

Promedio de Pruebas

P 1+P 2+P 33

=94.5531+96.7672+104.01043

=98.7769kgf

mm2

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Acero

Prueba #1 d=26.7 mm70

=0.3814 mm

HV =1.8544 ( 20 kgf

(0.3814 mm )2 )=254.9127kgf

mm2

Prueba #2 d=33.6 mm70

=0.48 mm

HV =1.8544 ( 30 kgf

(0.48 mm )2 )=241.4583kgf

mm2

Prueba #3 d= 43 mm70

=0.6142 mm

HV =1.8544 ( 40 kgf

(0.6142mm )2 )=196.5724kgf

mm2

Promedio de Pruebas

P 1+P 2+P 33

=254.9217+241.4583+196.57243

=230.9841kgf

mm2

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Cobre

Prueba #1 d=29.9 mm70

=0.4271mm

HV =1.8544 ( 10kgf

(0.4271mm )2 )=101.6382kgf

mm2

Prueba #2 d=34.5 mm70

=0.4928 mm

HV =1.8544 ( 20 kgf

(0.4928mm )2 )=152.6832kgf

mm2

Prueba #3 d=53.8 mm70

=0.7685 mm

HV =1.8544 ( 30 kgf

(0.7685mm )2 )=94.1794kgf

mm2

Promedio de Pruebas

P 1+P 2+P 33

=101.6382+152.6832+94.17943

=116.1669kgf

mm2

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Referencias

1. Gabriel Calle, E. H. (s.f.). Universidad Tecnológica de Pereira. Obtenido de http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAVICKERS.pdf

2. Londo Tene Paulo César, T. C. (2010). Desarrollo Tecnológico para la Fundición en Troquel de las Aleaciones de Aluminio ASTM 355 y ASTM 40e. Riobamba – Ecuador: Escuela Superior Politécnica - Facultad de Mecánica.

3. Zapata, J. F. (s.f.). Diseño de elementos de Máquinas. Fundación Universitaria Andaluza Inca Garcilaso.

4. Rafael, M. P. (s.f.). Generación de recubrimiento de cobre sobre acero de bajo carbono. UNAM (Facultad de Ingeniería).

5. (s.f.). Obtenido de http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020119025/1020119025_02.pdf

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