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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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