UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEPANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LICENCIATURA EN SOLDADURA Curso MATERIALES Investigación Ensayo de Vickers Fecha de Entrega: 28 de Enero de 2015 ...................... 8 Ventajas..................................................................................................................Contenido Contenido Introducción......... 5 Número de dureza Vickers............. 3 Fórmula.......................................................................................................... 2 PRUEBA DE DUREZA VICKERS...................................................................................................................................... 8 Aplicaciones........................................................................................... 12 Bibliografía............................................................... 3 Generalidades.................................. 10 Conclusiones............................................................................................... 8 Aparatos y equipo....................................................................................................................................................................................................... 6 Designación.............................................................................................................................................................................................................................................................................. 6 Normativa................................... 8 Inconvenientes........................................................................................................................................ 9 Procedimiento........ 13 .......... . Introducción La dureza se define ingenierilmente como la resistencia a la penetración. y se conoce su historial. . así como para inspeccionar y determinar la aceptación de materiales y componentes. B. HRC… (Hardness Rockwell series A. C. sobre todo de su límite elástico y. y del módulo de elasticidad. Esta resistencia es la función de las propiedades mecánicas del material.. Y. se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos. lo cual indica la resistencia a la carga. Si se tiene un material de composición dada. la ductilidad y la tenacidad. dando origen a los números de dureza: HBN (Hardness Brinell Number) HRA. de su tendencia al endurecimiento de trabajo. las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes.) HVN (Hardness Vickers Number) 1 . se puede relacionar el límite elástico (para fines prácticos.. la clasificación y los métodos varían con cada material. Este penetrador va acoplado a una máquina llamada durómetro. en menor grado. se mide el área o bien la profundidad de la penetración. Por tanto. Los tres métodos más utilizados son los de Brinell. puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente. Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga fija a un muescador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. HRB. Rockwell y Vickers. Una vez que se quita la carga. el esfuerzo de cedencia) con la resistencia a la tensión. 15 mm (0.006 milésimas de pulgada) y no se lee directamente en la máquina. Es una prueba de dureza por penetración. la cual detallaremos a continuación. Smith y Sandland propusieron sustituir el penetrador esférico utilizado en el ensayo Brinell 2 . Para conocer la dureza después de retirar la carga se miden las diagonales de la huella resultante. puede usarse en superficies no planas.El presente trabajo se enfoca principalmente en la Prueba de Dureza Vickers. y espesores pequeños. Este ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza Brinell. con un penetrador piramidal de diamante de base cuadrada y ángulos entre caras de 136º apoyado sobre la superficie del material bajo prueba. en la cual se usa una máquina calibrada para aplicar una carga compresiva predeterminada. Este ensayo. Ilustración 1. además. Prueba de Dureza Vickers Se emplea para láminas delgadas hasta 0. en 1922. Sirve para medir todo tipo de dureza. PRUEBA DE DUREZA VICKERS PRUEBA DE DUREZA VICKERS Generalidades El ensayo Vickers (HV) fue desarrollado en Inglaterra en 1925 y fue inicialmente conocido como DPH (Diamond Pyramid Hardness). se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior. Para superar las limitaciones del ensayo Brinell. Es decir. No obstante. a menos para ensayos de rutina. sobre todo. De este modo: La necesidad de utilizar una relación F/g nD2 preestablecida se elimina. Ilustración 2. para cubrir todas las necesidades de ensayo. y a pesar de las ventajas que representan el ensayo de dureza Vickers respecto al Brinell. por tanto los valores Vickers son continuos a lo largo del rango total de durezas para 3 . con un ángulo de 136° entre las caras y fabricado con diamante. El material penetrador no se deforma durante el ensayo. Esquema de una prueba Vickers. en ensayos de microdureza. El método Vickers tiene dos rangos distintos de fuerzas. los valores de dureza Vickers se distribuyen en una escala continua que permite comparar la dureza de cualquier material con independencia de la carga aplicada. aquel no se ha generalizado tanto como el ensayo Brinell. se amplía el rango de durezas que se deben medir y se reducen los errores asociados a la deformación del penetrador. El penetrador es el mismo para todos los ensayos. sólo es posible medir la dureza de todo tipo de materiales con un único penetrador y solo es necesario adecuar la carga en cada caso. micro (10 g a 1000 g) y macro (1 kg a 100 kg). y ha quedado como un ensayo habitual en trabajos científicos y. Como consecuencia. Las huellas producidas siempre son geométricamente semejantes. Como consecuencia.por un penetrador con forma de pirámide recta de base cuadrada. Ilustración 4. Ilustración 3. los valores de dureza Vickers se consideran generalmente como independientes de la carga aplicada en el ensayo. al igual que la dureza Brinell.metales. De este modo. Punta de durómetro para ensayos Vickers. y esta carga se mantiene durante 10 s a 15 s. admitiendo que tiene la misma forma que el penetrador que la produjo. Con la excepción de los ensayos realizados con cargas por debajo de los 200 g. La duración de la aplicación de la carga es de 2 s a 8 s. Marca de un acero endurecido por cementación tras la prueba de dureza Vickers Fórmula La dureza Vickers se define como la relación que existe entre la carga aplicada (F) y la superficie de huella producida. la dureza Vickers tiene las dimensiones de una compresión. los valores de dureza Vickers serán iguales utilizando un a carga de 500 g o una de 50 kg. El resultado de dureza Vickers HV viene dado por la siguiente fórmula: HV =Constante x Carga Aplicada Area de la Huella 4 . Por debajo de 200 g hay que ser más cauteloso a la hora de comparar resultados. si el material a medir es uniforme. En otras palabras. 806 y d es a diagonal de la huella expresada en milímetros.961 a 49. 5 . gn = 9.03 a 980.7 Ensayo de dureza Vickers de HV0.961 Vickers <HV0. Tipos de ensayo de dureza Vickers y sus intervalos de fuerza Designación Él número de dureza Vickers es seguido por las siglas HV con un primer sufijo convencional y un segundo sufijo que indica el tiempo de aplicación de la carga. Designación Símbolo de Carga nominal de Dureza ensayo P en N Ensayo de dureza Vickers HV5 a HV100 49. Penetrador Vickers La cifra de dureza Vickers se calcula como el cociente de carga F aplicada y la superficie de la huella (A) según la siguiente expresión: F HV = = gn A 2 F sin gn d 136 2 2 =1.2 a < HV 1.03 baja carga 5 Ensayo de micro dureza HV0.1891 2 2 gn d d Donde F es la carga aplicada de forma casiestática expresada en N.01a < 1. Número de dureza Vickers Existen tres tipos de ensayo de dureza Vickers caracterizados por diferentes intervalos de fuerzas de ensayo.Ilustración 5.2 Tabla 1.8544 F F =0. el número convencional representativo de la fuerza aplicada y del tiempo de aplicación de fuerza si este es distinto del especificado por la norma. También se han incluido los valores de fuerza nominal aplicada expresados en kgf.7 N La selección de la carga se realiza en función inversa a su dureza. 30 indica que la carga utilizada en kg.cuando este último difiere del tiempo normal. ENSAYO DE DUREZA ENSAYO DE DUREZA A BAJA CARGA Símbo lo Símbo lo Valor Nominal de fuerza aplicada N (kgf ) Valor Nominal de fuerza aplicada N (kgf ) ENSAYO DE MICRODUREZA Símbolo Valor Nominal de fuerza aplicada N (kgf) 6 . En la práctica. los resultados de dureza Vickers se deben expresar por el número obtenido de aplicar la expresión mencionada anteriormente. seguido del símbolo de dureza. HV da la escala de dureza (Vickers). el cual es de 10 a 15 segundos. en la que: 440 es el número de dureza. Este último está formado por las letras HV. porque aún existen muchos equipos definidos en estas unidades. La siguiente tabla muestra una lista de las escalas de dureza Vickers estándar. LAS PRUEBAS DE DUREZA Vickers se efectúan con cargas desde 1.96 N hasta 980. Dureza Vickers números son reportados como xxxHVyy. Según la norma UNE-EN ISO 6507—1. Para cargas menores él número de dureza varía dependiendo de la carga aplicada. él número de dureza Vickers se mantiene constante para cargas usadas de 49 N o mayores. En la tabla siguiente se han agrupado los distintos símbolos de dureza normalizados y los valores nominales de fuerza aplicada (F). aunque su uso debe reducirse progresivamente. 440HV30 por ejemplo. 025 (2) HV 0. Símbolos y valores nominales de fuerza aplicada definidos en la norma Une-EN ISO 6507-1 para dureza Vickers.94 2 HV 0.01 5) (0.49 0 0. aunque los durómetros digitales realizan este cálculo de manera automática. Ejemplos de durezas Vickers para varios materiales Ilustración 6.1) Tabla 2.6 1 HV 3 29.0 7 196. 3 980. y equipado con software para la medición de huella.96 1 HV 0.1 0. El valor de dureza Vickers es mayor cuanto más dura es la muestra. Existen tablas para realizar el cálculo de manera sencilla.02 (1) HV 0.5) HV 0. 2 490.2) HV 0.0 3 98. microdurómetro Vickers digital automático.02 ) (0.09 8 0.80 7 HV 2 19.05 (3) HV 0.015 (0.02 5) (0.01 (0. 1 294.14 7 0.2 1.5 4. 7 (5) (10) (20) (30) (50) (100 ) HV 0.4 2 (0.HV 5 HV 10 HV 20 HV 30 HV 50 HV 100 49.3 2. En la fotografía de la derecha. En la fotografía de la izquierda.90 3 HV 1 9.3) HV 0.01 ) (0.19 6 0.24 5 0.05 ) (0.98 1 (0. durómetro Vickers digital automático con aplicación de la fuerza de ensayo mediante célula de carga con sistema de bucle cerrado. Material 316L Acero inoxidable (USA) 347L Acero inoxidable (USA) Acero al carbono Hierro Valor 140HV30 180HV30 55–120HV5 30–80HV5 Tabla 3. 7 . 05 mm. las muestras puede ser normalmente utilizadas tras el ensayo. 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell Como es preciso examinar la huella puede comprobarse el estado del penetrador.2 Micro y Macro Vickers Aplicaciones Debido al amplio rango de cargas de ensayo. llegándose hasta 1. Puede medirse dureza superficial.Normativa Los ensayos Vickers están definidos en las siguientes normas: ASTM E384 Micro Vickers (10kg a 1kg) ASTM E92 Macro Vickers (1kg a 100 kg) ISO 6507-1.150 HV. Ventajas Una sola escala cubre todo el rango de dureza Gran cantidad de cargas de ensayo para ajustarse a cualquier aplicación. Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas pequeñas. desde muy blandos hasta muy duros. Pueden medirse una amplia gama de materiales. Puede usarse en superficies no planas 8 . (para determinar recubrimientos de los materiales) La escala Vickers es más detallada que la Rockwell. el método Vickers puede ser utilizado en prácticamente cualquier material metálico. independientes de las cargas. El tamaño de la pieza está limitado por la capacidad del durómetro. hasta espesores de orden de 0. No destructivo.2. Las huellas son comparables entre sí. necesidad de medir Esto requiere que la tenga un acabado lo una medición con Lentitud. El buen estado de la punta del penetrador es de considerable importancia cuando la carga de prueba es pequeña y la huella también. o sea que la línea de unión entre las caras opuestas no deben ser mayor de 0.001 mm de longitud. por esta razón se recomienda verificar periódicamente la punta del penetrador para evitar fallas. Aparatos y equipo Ilustración 7.Inconvenientes El punto flaco del ensayo Vickers es la ópticamente las dimensiones de la huella. Máquina de Pruebas Vickers Penetrador de diamante: El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. superficie donde se va a realizar el ensayo suficientemente fino para poder realzar precisión. o de cualquier otro dispositivo de 9 . Microscopio de medición: Las divisiones de la escala micrométrica del microscopio. La realización de un ensayo puede tomar 30 segundos sin contar el tiempo de preparación de la muestra. Es más complejo que El ensayo de dureza Rockwell que no requiere conocimientos especiales. La base de la pirámide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ángulo de 136º. Las cuatro caras del penetrador deben estar inclinadas simétricamente con respecto al eje del mismo y terminar en un vértice afilado. Cuando se prueba material con recubrimiento. que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella.96 N hasta 980. lo que sea mayor efectuada en una probeta. ESPACIO ENTRE HUELLAS: El centro de la huella no debe estar cercano a la orilla de la probeta u otra huella en una distancia igual a dos veces y media la longitud de la diagonal de la huella. con la superficie pulida. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador. compresión. a fin de conocer algunas de sus características mecánicas. Durómetro: Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales. APLICACIÓN DE LA CARGA DE PRUEBA: La carga de prueba debe aplicarse y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones.medición. Las probetas deben acondicionarse para que estas proporcionen un buen soporte de tal forma que no se muevan durante la prueba. La prueba de dureza Vickers es aplicada a un gran número probetas desde barras grandes y secciones laminadas hasta piezas diminutas en montajes metalográficos. Procedimiento MAGNITUD DE LA CARGA DE PRUEBA: Pueden usarse cargas de prueba desde 1.7 N conforme con los requisitos de la prueba. Probetas: Trozo de material. la superficie de 10 . El tiempo de aplicación de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa. obtendremos la dureza.. etc. destinado a ser sometido a tracción. torsión. también normalizado. deberán ser tal que pueda medirse la longitud de las diagonales de una huella con una aproximación de 5%. existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición. Él número de dureza Vickers es prácticamente independiente de la carga de prueba. y su correcta medición depende marcadamente de la limpieza y del nivel de rugosidad de la 11 . tanto como sea posible. el ensayo se realizará a temperatura ambiente (entre 10 y 35°C). Puesto que la dureza Vickers deriva de la dureza Brinell. se determinará el valor de la diagonal de la huella producida calculada como media aritmética de las diagonales y se calculará el valor de dureza según la expresión. Análogamente. la distancia entre los centros de las distintas huellas realizadas sobre una misma muestra no será inferior a tres veces a diagonal media de la huella. el espesor de la pieza o probeta utilizada será superior a una vez y media la profundidad de la huella producida y no debe aparecer deformación en la cara opuesta del ensayo. La fuerza se aplicará de forma gradual en un tiempo comprendido entre 2 y 8 s y se mantendrá aplicada durante un tiempo comprendido entre 10 y 15 s. y la distancia entre el centro de una huella y los extremos de la probeta no será inferior a dos veces y media la diagonal media de huella en aceros.unión debe considerarse como una orilla para el cálculo del espacio entre huellas. en el campo óptico del microscopio. MEDICION DE LA HUELLA: Deben medirse ambas diagonales de la huella y su valor promedio usarse como base para el cálculo del número de dureza Vickers. plomo y sus aleaciones o estaños y sus aleaciones. En función de la carga aplicada durante el ensayo de dureza y del tipo de material ensayado. y de tres veces en metales ligeros y sus aleaciones. la secuencia de operaciones y las condiciones de ensayo son muy parecidas. cobre y aleaciones de cobre. Del mismo modo. para determinar el valor de dureza Vickers de un material. En general. Así. Se recomienda efectuar la medición con la huella centrada. la longitud de la diagonal de una huella de dureza Vickers puede oscilar entre 15 µm y 2 mm. pero se puede especificar su realización a temperatura controlada (23±5°C). se presionará el penetrador piramidal contra una superficie lisa y limpia del material que se va a ensayar aplicando la fuerza (F) prevista. Una vez retirada la carga y el penetrador. superficie ensayada. Así. el nivel de rugosidad producido durante una operación de desbaste metalográfico con grano fino puede ser suficiente cuando se aplican las cargas correspondientes a ensayos de dureza. pero será necesario un pulido o electropulido metalográfico cuando las cargas aplicadas correspondan al rango de las microdurezas. 12 . un penetrador de diamante muy pequeño y de geometría piramidal es forzado en la superficie de la muestra. esta medida es entonces convertida en un número de dureza. mucho menores que en las técnicas Brinell y Rockwell. Es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada cuidadosamente (mediante desbaste y pulido) para poder asegurar una huella que pueda ser medida con exactitud. Es muy conveniente para la medida de la dureza de pequeñas regiones seleccionadas en la superficie de la muestra. están comprendidas entre 1 y 1000 g. además es utilizada para el ensayo de materiales frágiles. La marca resultante e observa al microscopio y se mide. 13 . Las cargas aplicadas. tales como cerámicas.Conclusiones En el ensayo de dureza Vickers. Esta prueba se considera un ensayo de microdureza debido a la magnitud de la carga y al tamaño del indentador. Callister. Jordi Jorba. 09/18/2013. 2002. Edicions Universitat Barcelona. Reverte.Bibliografía Comportamiento mecánico de los materiales. Volumen 1. William D. Carlos Núñez. Volumen II. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. 14 . Antoni Roca. Ensayos mecánicos. Ensayos no destructivos.