Mayo del 2012
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OBJETIVOS
Familiarizarnos con el proceso de obtención de las propiedades mecánicas de metales empleando el ensayo de dureza.
Observar la diferencia entre las propiedades mecánicas del acero, cobre y aluminio.
Determinar experimentalmente la dureza del Cobre, Aluminio, Aleación y Aceros (con concentración de Carbono distinto) con el método ROCKWELL.
Comparar las diferentes durezas que presentan los materiales a través del ensayo de Dureza mediante la máquina de ROCKWELL.
Comprobar la utilidad de los ensayos no destructivos a través de los ensayos de ultrasonido y el magnaflux.
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1. Fundamento Teórico ENSAYO DE MATERIALES Con el ensayo de los materiales deben determinarse los valores de dureza, verificarse las propiedades y establecerse el comportamiento de aquellos bajo la acción de las influencias externas. El factor económico desempeña un rol importante en el campo de la fabricación en general, imponiendo un conocimiento de los materiales a utilizar, de manera de seleccionarlos para cada fin y poder hacerlos trabajar en el límite de sus posibilidades, cumpliendo con las exigencias de menor costo, mejor calidad y mayor rendimiento. En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos, su peso específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la resistencia, elasticidad y plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc.
A. ENSAYOS MAGNAFLUX Uno de los métodos más utilizados en la detención de fallas por partículas magnéticas, es el "Magnaflux " . Este método es un ensayo no destructivo que se usa para revelar desperfectos que no pueden ser vistos a simple vista. Estos desperfectos incluyen rajaduras invisibles, rebabas, impurezas y otros defectos similares que pueda haber en los materiales ferro magnéticos, tales como el hierro y el acero. El magnaflux no desplaza a otros métodos no destructivos de encontrar defectos, tales como porosidad, burbujas e impurezas dentro del metal; pero para encontrar fallas como estas en la superficie de la pieza, es el método de más confianza.
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A.1 Máquina de ensayo
Tipo de maquina : generador de corriente C/A Marca de la maquina: Sonoflux Modelo: AH-7 Serial: 2014
A.2 Procedimiento
El equipo básico es un imán de barra si se parte en dos mitades un imán, se obtendrá otros dos, puesto que inmediatamente se formarán polos magnéticos en la ruptura. No importa cuántas veces se rompa la barra original, el mismo resultado se obtendrá si el imán sólo se raja en vez de partirse completamente. 1-Se colocó la pieza a ensayar sobre dos taquitos de madera. 2-Se accionó el paso de la corriente hacia la máquina por medio de un interruptor. 3-Se colocó los bornes de Cobre (los electrodos o pistoletas) sobre los extremos de la pieza a ensayar.
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4-Se accionó el interruptor de paso de la corriente eléctrica. 5-Luego de unos instantes se espolvoreó con las limaduras de Hierro en toda la superficie de la pieza de ensayo. 6-Se desconectó el interruptor de circulación de corriente.
7-Luego, se procedió a observar detalladamente la pieza cuidadosamente para determinar si esta posee o no posee defectos.
8-Luego se desmagnetizó la pieza ensayada.
A.3 Observaciones
Los materiales utilizados eran aleaciones de hierro (aceros).
Los electrodos eran de cobre.
El amperaje máximo del equipo era de 100 A para corriente alterna y aproximadamente 80 A para corriente continua. Parta magnetizar las superficies de ensayo se utilizó corriente continua.
Se utilizó como partículas magnéticas limaduras de hierro.
Se observó que las limaduras de hierro se ordenaban sobre las fisuras. Al inclinar las superficies de ensayo, solo quedaban en ellas las partículas que fueron atrapadas por las discontinuidades de la superficie debido a su magnetización.
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A.4 Conclusiones
Se concluye que para los ensayos de partículas magnéticas, las superficies de ensayo deben estar libre de impurezas.
A través del ensayo de partículas magnéticas se llegó a observar una mayor cantidad de fisuras sobre la superficie.
Se concluye finalmente, que el ensayo NO DESTRUCTIDOS es apropiado para detectar defectos o imperfecciones que puedan haber sobre las superficies de cualquier elemento o pieza.
Se concluye que es muy importante la des magnetización de las piezas que se ensayan, para evitar una posible alteración sobre los mecanismos donde la pieza opera debido a la magnetización que se le entrego.
B. ENSAYOS DE DUREZA La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro. La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástica) En algunos casos, es necesario determinar las características mecánicas de los materiales sin llegar a su destrucción. También podemos determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de dureza. Podemos mencionar el tipo de ensayo que realizamos en el laboratorio.
B.1DUREZA ROCKWELL B.1.1 DEFINICIONES NUMERO DE DUREZA ROCKWELL: es un número obtenido por la profundidad de la huella; el cual proviene cuando se aumenta la carga sobre un penetrador desde una carga fija menor hasta una mayor, retornando después a la carga menor.
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Los números de dureza Rockwell se expresan siempre con un símbolo de escala, que indica el penetrador y la carga utilizada. EJEMPLO: 60 HRC indica un valor de dureza Rockwell 60 medido en la escala C.
B.1.2MAQUINA Y EQUIPO Para este experimento Usamos 2 tipos de aparatos para realizar las mediciones el primero fue:
Nombre: Durómetro Rockwell Procedencia: Estados Unidos de América Nro. De serie: 40026 Marca: ACCO
Nombre: Durómetro de medidas Rockwell, Brinell Procedencia: JAPON Modelo: ATK –F1000 Marca: MITUTOYO (DIGITAL)
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B.1.3 PENETRADORES a) PENETRADOR DE DIAMANTE Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje debe coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas. b) PENETRADOR ESFERICO DE ACERO Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E Y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial. En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.
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B.1.4 PROCEDIMIENTO 1.-APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar la carga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se obtiene cuando se gradúa las agujas de la maquina gasta que la más grande este en 0 y el más pequeño en el punto rojo.
2.-APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionando la palanca de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca de operación de regreso a la posición original dentro de los 2 segundos siguientes después de que su movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso. 3LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha quitado la carga mayor y mientras la carga menor aun esta actuando. Estas lecturas se estiman a veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.
B.1.5 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.
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B.1.6 Datos obtenidos Las siguientes tablas muestran los resultados obtenidos en la máquina de Rockwell, la cual nos arrojó resultados bajo la escala ya conocida. Dureza del Cobre (Cu)
Dureza del acero liso 1/16
1/16
100 kg 81.6 HRB
96.6 HRF
79.4 HRB
94.3 HRF
75.4 HRB
96.4 HRF Dureza del acero de varilla
Dureza del acero al carbono Cono de
corrugada
150 kg 1/16
diamante
100 kg
64.8 HRC
92.6 HRB
65 HRC
96.8 HRB
64.2 HRC
95.6 HRB
Dureza del Aluminio (Al) 1/16
60 kg
60 kg 92.8 HRF 93.4 HRF 93.5 HRF
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B.1.7 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES a) OBSERVACIONES
Al configurar una escala inadecuada (método de Rockwell) el valor de dureza se sale del rango permitido.
Los números de dureza registrados varían entre 60 y 100.
Hay poca variación entre una y otra lectura del durómetro para un mismo material, si verificamos las deformaciones reales y experimental no hay mucha diferencia, el caso contrario es el del esfuerzo real y experimental el cual se presume de los resultados por la mala maniobra de la toma de datos.
b) CONCLUSIONES
Es muy importante conocer que escala es la más adecuada para cada tipo de material.
La dureza de un material depende de la facilidad con la que se deforma plásticamente.
Los factores de dureza de cada uno de los ensayos depende de la forma de penetración y de la carga aplicada.
El método ROCKWELL permite obtener la Dureza de un material en forma rápida.
Este ensayo se puede considerar no destructivo (se puede despreciar la huella del penetrador).
C.PRUEBA DE ULTRASONIDO El ultrasonido es una vibración mecánica con un rango mayor al audible por el oído humano que se transmite a través de un medio físico y es orientado, registrado y medido en Hertz con ayuda de un aparato creado para ese fin. Rangos de sonido: Infrasónica = 1 – 16 Hz
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Sónica o audible = 16 Hz a 20 KHz Ultrasónica = 20 KHz en adelante Para la prueba de ultrasonido en materiales metálicos es de 0.2 a 25 MHz.
C.1 Tipos De Palpadores Palpador de contacto. Se coloca directamente en la superficie de prueba aplicando presión y un medio de acoplamiento. Se fabrica para inspecciones de haz recto. Para proteger el transductor de la abrasión, se cubre con un material duro como el oxido de aluminio. Palpadores de haz recto. Emite ondas longitudinales con frecuencias de 0.5 a 10 MHz. Se emplea generalmente para la inspección de piezas en las que se puede colocar directamente la unidad de prueba sobre el área de interés las discontinuidades son paralelas a la superficie de contacto. También es útil en la detección de discontinuidades y en la medición de espesores. Palpadores de incidencia angular. Genera ondas de corte, de superficie y de placa. Se construye acoplando una unidad de haz recto a una de las caras de una zapata de plástico, al cual presenta determinado ángulo de refracción. Se emplea n los equipos de pulso eco y su aplicación es casi exclusiva en la detección de discontinuidades orientadas perpendicularmente a la superficie de prueba. Tipos de palpadores angulares. De acuerdo a su tamaño frecuencia, forma, tipo e intercambiabilidad de la zapata. Tienen marcado en la zapata el ángulo de refracción del sonido dentro del material de prueba, los ángulos comerciales para el acero son 35, 45, 60, 70, 80, 90 grados.
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C.2 Acoplante Liquido más o menos viscoso que se utiliza para permitir el paso de las ondas del transductor a la pieza bajo examinación, ya que las frecuencias que se utilizan para materiales metálicos no se transmiten en el aire. Características Del Liquido Acoplante:
Humectabilidad. ( capaz de mojar la superficie y el palpador ) Viscosidad adecuada. Baja atenuación. ( que el sonido se transmita al 100% ) Bajo costo. Removible. No toxico. No corrosivo. Impedancia acústica adecuada.
Tipos De Acoplantes:
Agua Aceite Grasa Glicerina Vaselina
C.3. Máquina de ensayo
Tipo de maquina : Osciloscopio Marca de la maquina: Parantria Modelo: EPOCH LT Serial: 2014
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C.4 Procedimiento Este ensayo se realiza para poder detectar las imperfecciones internas de un material y gracias a este método se puede localizar la falla sin causar daño alguno en el material.
Calibrar el palmador con el block de calibración
Echar un gel al material en la parte en la cual vamos a analizar
Mover el palmador de noventa grados en posición perpendicular al metal que se analizará y ver la lectura del osciloscopio para poder percatarnos si el material tiene fallas; a través de las gráficas que este emite.
C.5 Observaciones
Notamos que en esta experiencia que el gel utilizado era un lubricante fino muy delgado para un mayor deslizamiento sobre la superficie de trabajo.
También notamos existen diversos tipos de palpadores según las necesidades del material de trabajo.
Nos dimos cuenta que para iniciar esta experiencia teníamos que calibrarlo con el bloque de calibración para que nuestras mediciones sean más acertadas.
Notamos que el bloque de calibración tenía muchos agujeros para saber que el osciloscopio nos daba la posición exacta y así saber si está bien calibrado.
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C.6.Conclusiones
Se concluye que es necesario el gel para que el palpador pueda realizar su función de transmitir las señales de ultrasonido ya que el gel debe servir para unir las dos superficies (la del palpador y la del material sobre el cual se trabaja).
El gel usado en esta experiencia, para realizar un mejor trabajo, tiene que ser un lubricante más delgado ya que así su movilidad será mayor.
Es concluyente también que cualquier medición que tomemos, solo serán realmente verídicas si están bajo ciertas condiciones de presión y temperatura ya que al cambiar estos, las mediciones se alteraran grande o de pequeña manera.
También concluimos que la prueba de ultrasonido es muy buena para saber dónde exactamente pero es deficiente para saber qué tan grande es o la forma del imperfecto.
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D. Anexos y recomendaciones ENSAYO DE MAGNAFLUX Participaron los alumnos:
Castillo Basilio Jack (M5): esparció las limaduras de hierros.
Paredes Quiroz Paul (M5): activo y desactivo la máquina de generador de corriente C/A
ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL Participo el alumno:
Paolo hurtado (M4): calibro y determino la dureza del material con el penetrador de 1/16`` con el durómetro de Rockwell.
RECOMENDACIONES Como medida de seguridad: Se debe venir al laboratorio con pantalones largos que no sean materiales sintéticos. No venir con polos o casacas de materiales sintéticos. No manejar cualquier herramienta o maquina sin la supervisión del profesor de curso o el técnico encargado de la experiencia. Usar los implementos de seguridad en los ensayos que sean requeridos.
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Bibliografía
Askeland, D. (2004). Ciencia e Ingeniería de los Materiales 4ta. Ed., Edit. Thompson, Madrid, España.
Anderson, A. (1998). Ciencia de los Materiales 2da. Ed., Edit. Limusa; México, México.
Smith, W. (1998). Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales 3ra. Edic., Edit. Mc Graw-Hill, Madrid, España.
Páginas Web: o
www.cedex.es/materiales/ciencias.html
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