UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES 2013-A ENSAYO: GRUPO: FECHA: N°3 ENSAYO DE DUREZA I.- OBJETIVO: a) Conocer los diferentes métodos de medición de dureza de los materiales y tener una referencia relativa de los instrumentos a utilizar. b) Importancia del ensayo de dureza. II.- INTRODUCCION: La dureza es una propiedad mecánica en los metales es una propiedad de resistencia a ser deformados permanentemente. Todos los métodos de ensayo de dureza dejan huella plástica (permanente) en el metal ensayado y a mayor tamaño de huella el metal será más blando. En general existen tres métodos para medir dureza y se clasifican de acuerdo a la forma de realizar el ensayo: dureza a la penetración y dureza elástica o dinámica. III.- FUNDAMENTO TEORICO: 1.- Definición de dureza: La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes. En los metales es una propiedad mecánica que mide la resistencia a ser deformados permanentemente. 2.- Dureza al rayado. La dureza se evalúa por la capacidad de os materiales de rayarse unos a otros. La dureza se mide de acuerdo con la escala de Mohs, que consiste de 10 minerales tipo (estándar) enumerados del 1 al 10 en orden creciente de dureza, y está basado en la resistencia que ) Con una fuerza conocida por un tiempo determinado. . etc. Normalmente se imprime el material un identador (billa de acero endurecido. se gira 90° y se mide otro diámetro d2. más duro. La uña del dedo tiene una dureza aproximada de 2. se mide el diámetro de la huella (d) dejada por el identador en milímetros. el cobre recocido (blando) de 3 y el acero templado (duro) de 7. aleaciones de aluminio. un diámetro. La dureza Brinell ‘’HB’’ se determina mediante tablas o se calcula dividiendo la carga empleando (F) entre el área de la superficie dejada por la huella (S) que se asume esférica: Dónde: F = Carga aplicada en Kg. mientras que el mineral 9 es el coridon ( Al 2 O3 ) y l mas duro es el diamante. a) Dureza Brinell (ASTM E10) Fue el primer ensayo de dureza a la penetración ampliamente aceptado.opone un material para ser rayado por otro. D = diámetro del identador (billa de acero ‘’S’’ o de tungsteno ‘’W’’) en mm. Después de retirada la carga y el identador. le sigue el yeso. Mide la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por el otro cuerpo. que se aplica progresivamente durante un tiempo determinado.Dureza a la penetración. d = diámetro promedio de la huella dejada por el identador. d= d 1+ d 2 2 Para que el ensayo de dureza Brinell tenga validez la relación que debe existir entre el diámetro del identador (D) y el diámetro de la huella (d) es: D D <d < 4 2 Relación que se cumple en ensayos de aceros. aleaciones de cobre (latones y bronces). etc. El ensayo consiste en comprimir sobre la superficie del metal una billa de acero endurecido de 10mm de diámetro (D) con una carga (F) de 3000Kg. El mineral as blando en esta escala (mineral 1) es el talco. Fue propuesto por el sueco June August Brinell (Paris 1900). Este tipo de ensayo es el que se emplea principalmente para determinar la dureza en los aceros. d1. cono de diamante. 3.. Para metales más blandos se debe emplear cargas menores de 3000Kg. en metales más blandos no se cumple. actúan dos cargas diferentes. pudiéndose llegar a 650HB cuando se emplean identador de carburo de tungsteno (W). Las cifras de dureza Rockwell son función de la diferencia entre la penetración conseguida cuando actúa la carga pequeña y la profundidad de la huella permanente que hicieron las dos cargas cuando actuaron a la vez.8% de C (hipoeutectoides). como se aprecia.). (ASTM E18). mientras mayor es la profundidad de la penetración menor es la dureza Rockwell. 0. Es similar al Brinell. 150 y 500Kg. ejemplo en los aceros al carbono hipoeutectoides la relación entre dureza y resistencia aproximadamente es: HB=3 σ max Para aceros con 0. templados y revenidos.002 0. 1. Rockwell en función de la profundidad a la que penetra el identador. penetrador billa de acero de 1/16’’) o 140kg (escala C. emplea como identador un cono de diamante con un ángulo en la punta de 120° y para metales blandos y semiduros se emplea la escala B (HRB) que utiliza una bola de acero endurecido de 1/16’’ de diámetro. resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro. Primero se aplica una carga pequeña (precarga) de 10kg y luego. 2. 5. etc. Para durezas en materiales muy duros 700HB. . valores típicos empleados son: 3000. Relación entre la dureza Brinell y resistencia. La carga máxima (F) es de 3000Kg. penetrador cono de diamante). La dureza Brinell y la resistencia a la tracción son aproximadamente proporcionales. HRC=100− h ( mm ) h(mm) HRB=130− 0.Los diámetros de las billas que se emplean están normalizados 10. actúa otra carga mayor de 90kg (escala B. Diferencia Brinell se determina la dureza en función de la superficie de la huella. se cumple: En número de dureza Brinell cuando se emplea la bola de acero endurecido (S). La dureza se lee en el dial de la máquina de dureza rockwell. Entre el número de dureza Rockwell y la profundidad hf o h existe la siguiente dependencia.5mm. la presión se aplica una vez.002 Esquema del ensayado de dureza Rockwell en la escala ‘’C’’. La escala C (HRC) se utiliza en metales duros (aceros templados. está limitada en 500 unidades Brinell aproximadamente. caracteriza la dureza Rockwell.5. además que aquella. La profundidad de la penetración obtenida ‘’hf o h’’. 2. b) Dureza Rockwell. La carga se aplica durante un periodo de tiempo determinado que es de 10 a 15 segundos. Como resultado de la forma del identador. la dureza en los micro-constituyentes de un acero: ferrita o cementita. para aceros blandos (de bajo carbono) con durezas menores de 250 HB el valor de su dureza Brinell es similar su dureza Vickers. . La dureza Vickers (HV) se puede calcular mediante tablas o por medio de la siguiente formula. Normalmente se emplean cargas variables entre 1 y 120kg. Por ejemplo. por ello la huella dejada por el identador debe ser muy pequeña. 440HV30/20 = dureza Vickers de 440 determinada bajo una carga de 30kg aplicada durante 20segundos. d) Ensayo de micro dureza. un acero que presenta una dureza de 30HRC aproximadamente tendrá una dureza de 300HB. las cargas de prueba varían generalmente entre 1 a 1000g. se recomienda el empleo de cargas mayores a 5kg. Se diferencia por emplear un penetrador de diamante en forma cuadrangular. con un ángulo de 136° entre caras opuestas.Se puede obtener la dureza Brinell en forma aproximada en aceros al carbono y aliados. siendo la carga normal de 30kg. pes si sobre un metal se realiza un ensayo de dureza Vickers empleando una carga de 30kg se obtendrá el mismo valor de dureza si se cambia la carga. se basa en la resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados y también se determina la dureza. Esto ocurre hasta 250HB. dividiendo la carga por el área de la superficie de la huella dejada por el identador. la impresión sobre la superficie de la muestra es un cuadrado. El ángulo fue elegido para que las cifras Vickers coincidan con las Brinell. El número de dureza Vickers es independiente de la carga empleada. empleando siempre el mismo identador. Pues para valores menores la dureza puede ser dependiente de la carga aplicada. 440HV30 = dureza Vickers de 440 determinada bajo una carga de 30kg aplicada durante 10 a 15 segundos. Para dureza en zonas muy pequeñas.854 F( kg) d 2(mm2) Esquema del ensayo de dureza Vickers. pero a partir de esa cifra la dureza Vickers es siempre algo superior a la Brinell. HV =1. Además. c) Dureza Vickers (ASTM E92). Las longitudes de las diagonales (d1 y d2) se miden por medio de un microscopio. El fundamento es parecido a la de Brinell. multiplicando por 10 el valor obtenido en un ensayo de dureza Rockwell realizando en la escala C (HRC). Forma de expresar la dureza Vickers. . El valor de la dureza de Shore se lee en el dial del aparato de ensayo. Un aparato muy empleado hasta hace pocos años para medir la dureza elástica. Placa de acero inoxidable Placa de acero 1020 Identador de cono de diamante Identador de billa 1/16’’ V. parte de la energía de caída será absorbida en producir la huella. - Durómetro estático electrónico Acero de composición desconocida.Dureza elástica o dinámica. fue el escleroscopio de Shore. grasas. tal que cuanto mayor sea el rebote.PROCEDIMIENTO. Su principio se basa en dejar caer desde una determinada altura un pequeño martillo sobre el material a ensayar. - La superficie a ensayar debe estar limpia de óxidos.229 F (kg ) d 2 (mm 2) 4. Micro dureza Knoop. La micro-dureza se calcula empleando la misma fórmula. También se puede determinar la microdureza de un metal empleando la dureza Knoop que utiliza un identador de diamante de forma piramidal. que presenta una diagonal larga y la otra corta a una razón aproximada de 7:1. Esta altura de rebote se toma como medida de la dureza elástica o al rebote. . por lo que el martillo retrocederá.MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR. - La superficie tiene que ser plana y perpendicular al eje de aplicación de la carga. IV. La longitud de la diagonal más larga de la huella (‘’d’’) se mide ópticamente. Para la prueba de micro dureza se puede utilizar el método de micro dureza Vickers. que emplea un identador similar al del método - convencional. etc. mayor será el número y la pieza a prueba será más dura..- Micro dureza Vickers (ASTM E384). siendo el número de dureza Knoop (HK) determinando mediante la siguiente formula: HK =14. elevándose hasta una altura menor que la inicial de partida.. pintura. 7 72. - Se conoció las normas de ensayo de dureza y los procedimientos para cómo realizarlo .8 56. Placa de Acero inoxidable.2 58.9 Placa de Acero 1020.8 85. - - - Acero de composición desconocida.5 87.6 71.RESULTADOS..CONCLUSIONES.5 88.6 Lectura 1 2 3 Promedio Dureza HRB 77..- El espesor del material debe ser el suficiente de modo que no aparezca alguna protuberancia sobre la superficie opuesta a la de la impresión.3 VII.5 73.7 57. - Calibrar el durómetro con la carga adecuada según con que identador se trabaje para medir la dureza del material - La dureza se lee en el dial del durómetro según la escala calibrada. VI. Lectura 1 2 3 Promedio Dureza HRB 87. Lectura 1 2 3 Promedio Dureza HRC 57. .¿Cómo influye el límite elástico del material en esta prueba? ¿El módulo de elasticidad? Para poder realizar este ensayo a la carga que se aplica debe vencer el límite elástico para poder dejar huella en la probeta y de esta forma calcular la dureza de la misma. El módulo de elasticidad es la constante de Young que determina la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación..6HRC 73.. .REFERENCIAS BIBLIOGAFICAS. 6 Ensayos y propiedades mecánicas.¿Qué datos nos proporcionan las pruebas de dureza? ¿Para qué se emplean? El ensayo de dureza proporciona propiedades importantes del material como su resistencia y variación de esa resistencia conforme varía la temperatura del medio.¿De qué depende la dureza? La dureza del material depende de: - Estructura del material. Esto es muy útil al momento del diseño en selección de materiales para la fabricación de máquinas. De su módulo de elasticidad. Las durezas que se tomaron de los diferentes materiales son Material Acero Desconocido Acero 1020 Acero Inoxidable Dureza 57.9HRB 87. - [Ciencia de los materiales para ingeniería].. 1.- La importancia del ensayo de dureza es conocer bien las propiedades de los materiales y su resistencia para seleccionar en el diseño de máquinas o - estructuras. Porcentaje de otros elementos en la aleación. Cap.3HRB VIII. 3. CUESTIONARIO. 2.Donald Askeland 3era Edición. la acritud es el endurecimiento por deformación se presenta durante la aplicación de esfuerzos o cargas al material.. 6. Dureza Vickers.4. también existen procedimientos de medición de dureza mediante a la resistencia a ser rayados por otro cuerpo más duro.....HK Acero para herramientas 800 850 Wc-Co 2000 1400 Aluminia 2200 1500 Carburo de silicio 2600 1900 Carburo de titanio 3200 2500 Diamante sintetizado 10000 8000 . 5. uno de ellos es el rayado? Existen diferentes procedimientos para medir dureza como: - Dureza Rockwell. explique. Explique con mayor detalle este concepto.¿Por qué la precarga? ¿Para qué es y por qué se usa? La precarga es usada para eliminar la primera deformación elástica en la probeta y as obtener una medición de dureza más precisa. Cerámicos Material Vickers.¿Cuáles son los rangos de medición de dureza Brinell. Rockwell.¿Qué procedimientos se pueden aplicar para determinar la dureza. (La acritud es consecuencia de los trabajos mecánicos o tratamientos térmicos). Dureza Brinell. La dureza en aleaciones aumenta debido a la presencia de otros elementos en su estructura. 8.¿En las aleaciones la dureza aumenta con su acritud?. Vickers? 7. HV Knoop. Estos procedimientos se rigen bajo el concepto de resistencia a ser penetrados por otro cuerpo. Micro-Dureza Knoop.Listado de materiales en Ingeniería Mecánica valores aproximados. Plata. Dureza Brinell: Para materiales duros. ¿Dónde se aplica este ensayo? Mediante la microdureza Knoop se puede determinar la dureza de elementos como el Cadmio.. HR Aluminio recocido 20 Aleaciones AL endurecidas 90 52B Hierro colado 175 10C Bronce 100 60B Plomo 4 Acero 150 85B Titanio alta pureza 200 95B Zinc 30 9. . . es poco exacta pero fácil de aplicar Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas Dureza Rockwell se utiliza como punta un cono de diamante Rockwell superficial para la caracterización de piezas muy delgadas Dureza Rosiwal: se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio Dureza Shore se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote.Tipos de dureza en materiales que se usan en Ingeniería Mecánica incluye polímeros. Cromo. Cobre.Norma de micro dureza Knoop.Metales Material Brinell ..Formas de expresar dureza.HB Rockwell. 10.. Dureza Webster .Dureza Vickers Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. etc.apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. Níquel. - Rockwell HRC HRB Vickers HV Brinell HB Knoop HK 11. Cinc. ..12. .¿El escleroscopio de shore para qué sirve? Es un equipo que se utiliza para medir dureza dinámica o elástica su principio de funcionamiento es dejar caer un martillo desde cierta altura existirá una energía que es absorbida expresada en altura y la dureza se lee en el dial de la máquina.Cuadro de equivalencias de dureza. 13. 14.. .Realizar el formato de protocolo de prueba de dureza de tracción para el material de la pieza de su tema de investigación.