Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Página 1
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Página 2 :
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
INTRODUCIÓN:
La selección de los materiales se hace en función de las exigencias que se planteen para un determinado uso; materiales muy aptos para una aplicación pueden ser completamente inútiles para otra. Por tanto, antes de seleccionar un material es preciso plantear qué se espera de él en su utilización. Para ello es importante conocer su utilización y determinar qué propiedades se requieren para que el material presente una respuesta adecuada. Dependiendo del tipo de aplicación, presentarán más importancia unas propiedades que otras, y entre las propiedades a considerar figuran las mecánicas, químicas, térmicas, eléctricas y ópticas. Entre las propiedades mecánicas hay algunas cuya característica es de importancia fundamental, mientras que otras responden a acciones (comportamiento frente a acciones) muy específicas que aparecen en casos muy concretos. En cualquier caso es necesario poseer un método por el cual podamos presumir en avance qué materiales materiales podrían servir para el uso que estamos buscando y cuáles no. Pues ahora vamos a evaluar el ensayo de dureza el cual es uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta herramienta de determinada geometría. Se caracteriza por ser simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestructurales microestructurales del material. Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. Además podemos definirla como la capacidad de una sustancia sólida para resistir resistir deformación o abrasión de su superficie. Se aplican varias interpretaciones al término en función de su uso. En mineralogía, podemos añadir mencionando que la dureza se define como la resistencia al rayado de la superficie lisa de un mineral. Una superficie blanda se raya con más facilidad que una dura; de esta forma un mineral duro, como el diamante, rayará uno blando, como el grafito, mientras que la situación inversa nunca se producirá. La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la escala de dureza de Mohs, nombre del mineralogista mineralogista alemán Friedrich Mohs que la ideó. La dureza está relacionada con la solidez, la durabilidad y la resistencia de sustancias sólidas, y, en sentido amplio, este término suele extenderse para incluir todas estas propiedades.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 3 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
I.
Objetivos.
Realizar el ensayo de dureza superficial de un acero por la técnica de dureza de Leeb (HL) mediante el método de rebote según Leeb. Realizar las conversiones en el equipo de determinados valores de dureza de Leeb a otros valores de dureza (estática): Brinell (HB), Vickers (HV), Rockwell (HRA, HRB, HRC), Shore (HS), para metales y resistencia a la tracción del acero (Rm).
II.
Recursos A. Herramientas
Durómetro portátil EQUOTIP 3
B. Materiales y/o Probetas
Probetas de Metales. Otros.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 4 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
III.
Indicaciones. El durómetro EQUOTIP está diseñado para realizar pruebas en materiales metálicos cuya dureza varía entre valores muy bajos y muy altos. La prueba de dureza se puede realizar directamente en el lugar y en cualquier posición. Los instrumentos EQUOTIP generalmente se utilizan para realizar pruebas en piezas de trabajo grandes y pesadas, que solo se pueden transportar con gran dificultad a la máquina de prueba de laboratorio. El dispositivo es ideal para aquellas aplicaciones en que la prueba de dureza estándar de muescas no es factible o no es posible económicamente. El durómetro EQUOTIP 3 consta de un dispositivo indicador y de un dispositivo de impacto. La medición se basa en el método de prueba de dureza Leeb. Este método se utiliza para medir la dureza de las superficies materiales dentro de un amplio rango de durezas de manera rápida e independiente. La unidad se muestra en las escalas de dureza de: Leeb (HV) Vickers (HV) Brinell (HB) Rockwell (HRA, HRB, HRC) Shore (HS) Resistencia a la traccion del acero (Rm)
A. Dispositivo indicador electrónico
Figura Nº 1: Durómetro EQUOTIP 3 Fuente: http://shop-usa.proceq.com 1 LED de estado 2 Tecla ON / OFF (encendido / apagado) 3 Puertos de conexión 4 Pantalla LCD 5 Tipo de dispositivo de impacto D 6 Teclado
B. Descripción Funcional del dispositivo de impacto. El dibujo muestra el estado del dispositivo en el momento de activar el impacto (dispositivo de impacto cargado / listo para el impacto). El dispositivo no es una pieza que el usuario puede reparar. El dibujo debe considerarse solo a modo de referencia para conocer su funcionamiento.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 5 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
Modelo DC del dispositivo de impacto:
Figura Nº 2: Sensor de dureza por rebote Fuente: http://www.e-vaccaro.com.ar C. Método de medición El método es un método dinámico que se basa en el principio de medición de energía. La razón entre la velocidad de rebote vr y la velocidad de impacto vi multiplicada por 1000 da como resultado el valor de la dureza HL (dureza Leeb). HL es una medida directa de la dureza. En la medición con EQUOTIP 3, se dispara un cuerpo de impacto de punta dura por medio de la energía de resorte, contra la muestra cuya dureza se desea medir y este cuerpo luego rebota. Durante el impacto, el imán, que está permanentemente integrado al cuerpo del impacto, atraviesa una bobina en la cual se genera un voltaje de inducción debido al movimiento hacia adelante y hacia atrás. Este voltaje es proporcional a las velocidades. Las velocidades de impacto y de rebote se miden cuando la punta del cuerpo de impacto esta aproximadamente a 1 mm (0.04 in) de distancia de la muestra que se mide. La señal de medición se convierte a un valor de dureza mediante el sistema electrónico de la unidad, se muestra en la pantalla y se almacena en la memoria (si el instrumento está configurado para realizar el almacenamiento de los datos).
D. Rangos de medición La unidad básica EQUOTIP 3 se puede combinar con todos los dispositivos de impacto para satisfacer sus necesidades de prueba específicas. Se dispone de dispositivos de impacto especiales para su utilización en espacios reducidos donde la geometría de los componentes o el acabado de la superficie tienen características particulares.
Conversiones de HL a otras escalas de dureza con dispositivo de impacto D/DC Clasificados según el grupo de Materiales al que se aplicará el Ensayo
1.
Acero y Aceros de Fundición
Vickers (HV) Brinell (HB) 2 Resistencia a la Tracción (N/mm )
81 – 955 81 -654
Ơ1 Ơ2 Ơ3
271 – 2193 619 – 1477 451 – 846
Rockwell HRC
20 -68
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 6 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 HRB HRA Shore (HS) 2.
90 – 664 90 – 698 21 59
95 – 687 96 – 724 21 – 61
Aleaciones de Aluminio Fundido.
Brinell (HB) Vickers (HV) Rockwell (HRB) 7.
20 – 62 47 – 102
Hierro Fundido con Grafito Nodular GGG
Brinell (HB) Vickers (HV) Rockwell (HRC) 6.
85 – 802 85 – 655
Hierro Fundido con Grafito Laminar GG.
Brinell (HB) Vickers (HV) Rockwell (HRC) 5.
80 – 900 21 – 67
Aceros Inoxidables y Acero Resistente a Altas Temperaturas.
Vickers (HV) Brinell (HB) Rockwell HRC HRB 4.
30 – 100
Acero para herramientas de trabajo en frío.
Vickers (HV) Rockwell (HRC) 3.
38 – 100
16 – 164 24 – 85
Alu – AN 40
Brinell (HB) 8. Aleaciones de Cobre/Zinc (Latón)
31 – 176
Brinell (HB) Rockwell (HRB)
40 – 173 14 – 95
9.
Aleaciones de Cobre – Aluminio/ Cobre – Estaño (Bronce)
Brinell (HB)
E.
60 – 290
Ejemplos de aplicaciones
Pruebas de dureza sobre maquinas ya armadas o sobre construcciones de fundición y acero, por ejemplo, en piezas de trabajo grandes y pesadas o en piezas de sistemas instalados en forma permanente.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 7 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
F.
Pruebas rápidas en numerosos puntos de medición para examinar la dureza en superficies de grandes dimensiones. Medición de control para determinar con rapidez el resultado de un tratamiento térmico específico, por ejemplo en procesos de recocido o revenido o templado. Pruebas de piezas de trabajo en las cuales el tamaño de la muesca en los bordes filosos debe ser lo mas pequeño posible, por ejemplo, en rodillos o superficies esmeriladas de piezas maquinadas. Pruebas automáticas de dureza en piezas producidas en serie durante la operación de la fabricación, por ejemplo, en la industria automotriz.
Para evitar mediciones incorrectas:
Verifique que la superficie de la pieza de trabajo este limpia, lisa y seca.
Controle que la muestra está fija y que no esté sujeta a vibraciones durante la prueba (debido al funcionamiento dinámico del método de prueba de dureza). Las piezas de poco espesor se deben sujetar de manera especial.
Utilice muestras que tengan grandes dimensiones o suficiente masa.
Recomendaciones: realice de 3 a 5 impactos, como mínimo, en espacios de al menos 3 a 5 mm (0.12 a 0.20 in) en cada punto de medición y utilice en promedio de los valores individuales.
No realice el impacto en un área que haya sufrido deformaciones a causa de un impacto anterior. La rugosidad del acabado de la superficie no debe exceder los siguientes valores: Tipo
de
dispositivo
de
impacto
Medida de rugosidad Rt
D, DC, DL, E
⁄
Ra = CLA = AA
⁄
Símbolos: Rt = Profundidad de rugosidad (DIN 4762) Ra = Valor medio de rugosidad (Alemania) CLA = Valor medio en línea central (Gran Bretaña) AA = Promedio aritmético (EE.UU) N5, N7, N9 = Clasificación de rugosidad según ISO/R 1302
G. Uso del Equipo Preparación de la muestra Peso y espesor de la pieza de prueba
Coloque las muestras de menos de 5kg (11lb) sobre una base solida de manera que no se muevan ni se balanceen a causa del impacto. Las muestras que pesan entre 0.1 y 2kg (0.2 y 4.4 lb) se deben acoplar firmemente a una base inmóvil, por ejemplo, una placa base pesada.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 8 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
A pesar de la baja masa del cuerpo de impacto y de la baja energía de impacto, se genera una fuerza de impacto relativamente grande y de corta duración cuando el cuerpo de impacto choca contra la superficie de medición.
Acoplamiento
Se deben cumplir los siguientes requisitos:
Las superficies de contacto de la muestra y de la placa base deben estar niveladas, planas y lisas.
El impacto se debe ejecutar en dirección perpendicular a la superficie acoplada. Tipos
de
dispositivos
de
impacto
Espesor mínimo de la muestra para el acoplamiento
D, DC, DL, E
⁄⁄
Procedimiento de acople
Aplique una capa fina de pasta sobre la superficie de contacto de la muestra
Aplicación de la pasta para el acoplamiento
Presione la muestra con firmeza contra la placa base y distribuya la pasta con movimientos circulares.
El proceso de acoplamiento se habrá realizado correctamente si no hay contacto metálico entre las piezas.
Frotamiento de ambas piezas
Ejecute el impacto en dirección vertical sobre la muestra.
El acoplamiento asegura una unión rígida entre las dos piezas, la ausencia de tensión de superficie sobre la muestra y, en consecuencia, valores de prueba más fiables.
Las muestras que no están lo suficientemente acopladas producen grandes variaciones en las mediciones individuales, valores L demasiado altos y un ruido metálico característico cuando se produce el impacto de la punta de la prueba.
Activación del impacto
Oprima el tubo de carga con cuidado hasta que perciba el contacto.
Deje que el tubo vuelva lentamente a la posición de inicio.
El dispositivo ahora está listo para efectuar la prueba de dureza.
Carga
Sostenga el dispositivo de impacto cerca del anillo de soporte y colóquelo con firmeza sobre la superficie de la prueba.
Posicionamiento
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 9 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
Active el impacto ejerciendo una leve presión sobre el botón de liberación (preste atención para no comprimir el resorte).
El plato de captura libera el cuerpo de impacto y aterriza sobre la superficie de prueba con una energía definida. En la pantalla, se muestra de inmediato el resultado en la escala de dureza seleccionada.
Si el dispositivo indicador ha estado anteriormente en el modo en espera (pantalla vacia), estará listo para la operación nuevamente debido al proceso de medición (no se muestra en pantalla un valor medido).
Repita el procedimiento para el impacto siguiente.
Una vez cerrada la serie de medición, las estadísticas se calculan automáticamente y el resultado aparece en pantalla.
Toma de durezas Realizar la toma de durezas de la pielo que se muestra, esta ha pasado por un proceso de temple y lo que se requiere es evaluar si este proceso es un proceso con resultados dentro de los parámetros de calidad.
Espacio mínimo entre los puntos de impacto Tipos
de
s
a
dispositivo de impacto
Mm
in
mm
In
D/DC, DL, E
3
1/8
5
1/5
La desviación estándar del proceso se puede calcular a partir del coeficiente , que depende del número de mediciones:
Con esto podemos calcular los Límites de Control para el grafico de X:
√
rango promedio, utilizando el
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 10
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Semestre: Grupo
:
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
√
Procesamiento de datos para el control estadístico del proceso TABLA Nº1: Datos del ensayo sobre la Pieza de Fundición –Patron de la figura N° Medición
de
Dureza Leeb
Dureza Vickers (HV)
Dureza Brinell (HB)
Dureza Rockwell (HRB) 88.8
1
399
160
143
2
379
139
133
3
384
131
140
4
390
126
131
5
379
130
151
427
145
154
424
145
128
393
137
137
10
401
142
135
87.7
11
396
147
140
84.5
12
401
149
130
88.9
13
406
153
129
79.1
14
440
157
156
94.1
X
401
R
61
S
18.8
7 8 9
80.5 78.9 91.0 87.9 78.2 77.1 91.1
:
B
M26314 III A
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 11
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
Imagen: muestra del resultado en el Acero Los gráficos se realizaran con la dureza Leeb
̅ 420 415 410 405 400 395
LSC
390
Linea Central
385
LIC
380 375 370 365 1
2
3
4
5
6
7
8
TABLA Nº2: Datos del ensayo de Bronce Rectangular
9
10
11
12
13
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Página 12
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
N° de ensayo
Dureza Brinell (HB)
1
110
2
105
3
114
4
117
5
115
X
112
R
4.8
S
12
̅
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Página 13 :
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 140 120 100 80
LSC Linea Central
60
LIC 40 20 0 1
2
3
4
TABLA Nº3: Datos del ensayo de la probeta Cilíndrica de bronce N° de ensayo
Dureza Brinell (HB)
1
100
2
104
3
104
4
103
5
102
X
103
R
1.7
S
4
5
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 14 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
̅ 106 105 104 103 102
LSC Liena Central
101
LIC 100 99 98 97 1
2
3
4
5
TABLA Nº4: Datos del ensayo de la probeta Prismatica de Acero Sae 1020 N° de ensayo
Dureza Brinell (HB)
1
124
2
126
Vickers (HV)
Rockwell (HRB)
131
73.4
125
70.7
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Página 15
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
3
124
4
130
5
147
X
130
R
9.7
S
23
122
69.1
128
72.0
120
68.1
125
70.7
4.4
2.14
11
5.3
̅
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 16 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 134 132 130 128 LSC 126
Linea Central LIC
124 122 120 118 1
2
3
4
TABLA Nº5: Datos del ensayo de la probeta de Aluminio N° de ensayo
Dureza Leeb (HL)
1
180
2
196
3
222
4
236
5
178
X
201
R
27
S
63
5
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 17
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
̅ 250
200
150 LSC Linea Central 100
LIC
50
0 1
2
3
4
5
Cálculos La desviación estándar del rango se puede calcular utilizando el coeficiente
, que también depende
del número de mediciones:
La tabla siguiente muestra los coeficientes y para subgrupos de hasta 10 mediciones:
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 18 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
n
D2
D3
2
1.128
0.853
3
1.693
0.888
4
2.059
0.880
5
2.326
0.864
6
2.534
0.848
7
2.704
0.833
8
2.847
0.820
9
2.970
0.808
10
3.078
0.797
¿A qué procesos se podría utilizar el método grafico de control de procesos? El método de grafico de control se puede utilizar a cualquier proceso que busque que los datos estén agrupados alrededor de la media, pueden ser utilizados para control de calidad de productos con características como dimensiones, peso, volumen. También pueden ser utilizados en el mantenimiento preventivo y predictivo para determinar maquinas que presentan fallas o que podrían presentar fallas en un futuro cercano.
I.
CONCLUSIONES Según los ensayos realizados con el equipo electrónico los materiales más duros son el Acero SAE 1020 y la fundición, a continuación el bronce, y siendo el menos duro el aluminio. El equipo electrónico solo puede dar valores de dureza de ensayos que se encuentren en el rango de los mismos, por ejemplo para el Acero SAE 1020 nos da valores de dureza Leeb, Rockwell, Vickers y Brinell. Mientras que para el bronce solo Leeb y Brinell. En todos los gráficos de control, las mediciones no exceden el limite de control superior ni inferior, con lo que demostramos que son datos validos y que se encuentran agrupados en torno a una media.
II.
RECOMENDACIONES Se recomienda aplicar acoplante en la superficie de contacto de la muestra, para evitar errores durante la medición de la dureza. Se recomienda realizar de 5 a 10 mediciones en diferentes partes de la superficie para obtener una medición promedio confiable.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 19 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 Se recomienda verificar que el instrumento de medición este programado para el material a medir, como por ejemplo el aluminio, acero, bronce, etc. Se debe calibrar la maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en una misma escala. Una vez realizadas las 10 mediciones de una misma pieza, y con las lecturas obtenidas, calcularemos la media aritmética que nos entregará el resultado del ensayo Rockwell.
ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACION I. OBJETIVOS Determinar la dureza de los materiales mediante diversos procedimientos de ensayos. Establecer campos de aplicación de las pruebas de medición.
II.
RECURSOS a.
Herramientas
Durómetro universal Wolpert.
Penetrador piramidal Vickers.
Penetrador cónico Rockwell.
Penetrador de bola Brinell.
b. Materiales y/o probetas
Probetas de:
Bronce
Aluminio
Acero
Fundición
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 20 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
III.
INDICACIONES
Los ensayos se desarrollan en grupos de 4 a 5 participantes.
Lea las instrucciones del equipo antes de utilizarlo.
Realice las pruebas correspondientes a los materiales asignados.
Anote las mediciones realizadas en su hoja de resultados
Realizar los gráficos de barras de Dureza vs Material para comparar durezas equivalentes.
Resuelva el test y formule las condiciones correspondientes.
Devuelva los equipos e instrumentos en orden, y realizar la limpieza correspondiente.
Cuadro de diámetro de bolas y presiones
Fuente: Guía de tecnología de materiales avanzado Tiempo de duración de ensayo
Fuente: Guía de tecnología de materiales avanzado
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 21
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
IV.
PRUEBA BRINELL Denominación del ensayo 120
HB
5/250/30
Cifra de dureza
Dureza Brinell
Diámetro de la bola D=2.5 mm
Fuerza en Kg.
Duración 30 s (sin datos de 10 a 15)
MATERIAL
de
la billa (mm)
Fuerza (kg)
Bronce
10
Aluminio
medio de Valor la huella (mm)
dureza
Denominación del ensayo
1000
3.5
100.7 HB
Ensayo Brinell
10
500
3.2
60.5 HB
Ensayo Brinell
Fundición
10
2500
4.2
172.1 HB
Ensayo Brinell
Acero 1020
10
2500
4.5
140.8HB
Ensayo Brinell
SAE
P
de
Fórmula a Aplicarse
√
Calculo de la dureza para el bronce
√
Calculo de la dureza para el aluminio
√
Calculo de la dureza para la fundición
√
Calculo de la dureza para el acero
V.
√
OBSERVACIONES En este ensayo pudimos observar que se utiliza en materiales de durezas bajas Además utiliza penetradores en forma de bolas de diferentes diámetros, estos pueden ser de acero templado o de carburo de tungsteno.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 22 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
Finalmente podemos decir que se comprobó que se utilizan cargas normalmente hasta 3000 kilogramos, las cuales se pueden normalizar de acuerdo con la siguiente formula: p = kd² donde: p: carga a utilizar. k: representa una constante que vale 5, 10 o 30 dependiendo del material que este siendo ensayado. d: diámetro del indentador que se va a utilizar en la prueba. aunque existen algunas maquinas de ensayo de brinell que dan una lectura directa
VI.
CONCLUSIONES Como bien sabemos la dureza es la resistencia que presentan los materiales para ser penetrados, considerando que esta es una propiedad de los materiales, la cual le permite al material ser seleccionado para su uso en la industria principalmente. La dureza Brinell es un método el cual nos permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta práctica un material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos. La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad de penetración fue de 0.1450mm, relativamente muy pequeña; por tanto el material es considerando como uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la profundidad de la penetración.
MATERIAL
DUREZA BRINELL
Acero
140 HB 10/2500 /30
Aluminio
60 HB 10/500 /15
Bronce
100 HB 10/1000/ 30
Hierro fundido
172 HB 10/2500 /30
TEST N° 1 1. ¿Cuál es el principio de medición de dureza en los métodos de ensayo: Brinell, Rockwell, Vickers? Ensayo Brinell : Consiste en una prensa hidráulica de operación manual diseñada para imprimir un identador
sobre la superficie de la probeta analizada; la presión se mide por un manómetro y se aplica por medio de una bomba de aceite, la pieza de ensayo se coloca en soporte que puede subir o bajar mediante un tornillo. Se fuerza un identador de balín de acero templado o de carburo de tungsteno de 10 mm de diámetro contra la probeta, con una fuerza adecuada a la dureza del material. Para materiales duros se aplica una carga de 3000Kg. Y para materiales suaves se emplean una carga de 500 Kg. El tiempo de aplicación de la fuerza es de 10-30 seg. Dependiendo de la aleación examinada; después se quita la carga y se mide el diámetro de la impresión en la probeta con ayuda de una herramienta de medición como en vernier o pie d e rey.
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 23 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 El número de dureza Brinell se define como la fuerza aplicada dividida por la superficie de contacto entre el identador y la probeta después de haberse retirado el identador. Ensayo Rockwell (HR): El método Rockwell se basa en la resistencia que oponen los materiales a se penetrados, se determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros templados. Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de penetradores: • •
Bolas de 1/8" y 1/16" Conos de 120° ángulo en el vértice.
Ensayo Vickers (HV): El método Vickers se deriva directamente del método Brinell. Se emplea en muchos
laboratorios y en particular para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimos hasta de 0,2 mm. Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de 136°. Este ángulo se eligió para que la bola Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella. La dureza Vickers viene dada por: HV = P/S [Kg/mm] donde S es la superficie de la impronta y P la carga aplicada.
2. Explique un método de valoración cualitativa de dureza. Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote, mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. Es un método de medición indirecta.
3. ¿Qué relación existe entre la carga aplicada y e l diámetro de billa, en los ensayos Brinell? La dureza Brinell se determina mediante la siguiente ecuación:
Al despejar la fuerza F:
Podemos ver la directa proporcionalidad entre el diámetro de la billa y la fuerza ambos son directamente proporcionales.
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 24
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
4. ¿Por qué no es remendable realizar la medición Brinell en los aceros templados? No se utilizan los ensayos Brinell para durezas superiores a 500 (aceros templados), porque se deforman la geometría de los penetradores. Ya que estas están compuestas también por aceros templado o carburo de tungsteno.
5. ¿Cuál es el valor del diámetro de billa y carga empleadas para el aluminio, acero y bronce (o latón)? Para el aluminio: Diámetro de la bola = 10 mm Carga aplicada = 500 Para el bronce: Diámetro de la bola = 10 mm Carga aplicada = 1000
6. Explique porque selecciono la carga antes mencionada. Para materiales relativamente más blandos que el indentador se requiere una carga de aplicación menores es por eso que para el aluminio utilizamos una carga de 500 y para el bronce 1000. Mientras que para la fundición y el acero utilizamos cargas de 2500 debido a que son materiales más duros
7.
¿Qué ventajas tiene el ensayo Rockwell respecto al Brinell? El ensayo Rockwell no necesita que la superficie a penetrar sea totalmente lisa como en el Brinell, debido a que por ella se utiliza la precarga para poder alisar la zona de ensayo además el ensayo Rockwell tiene varias escalas, y esto ayuda a saber la carga que se utilizara y el tipo de penetrador, ya que para cada material existe una escala Rockwell .
8.
¿Cuál es la finalidad de la utilización de escalas de Ensayo Rockwell? La finalidad es que podamos ensayar con cada uno de los distintos materiales que hay en el mercado, y debido a las diferencias entre cada unos de estos materiales, se han tomado diferentes escalas desde la geometría del indentador, hasta el tiempo de exposición y la precarga.
Escalas de dureza 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
normalizados.
y
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 25
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
Semestre: Grupo
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
C
Diamante
150
Aceros
tratados
térmicamente.
D
Diamante
100
Aceros cementados.
E
Esfera de 1/8
101
Metales
pulgada
F
Esfera
blandos
y
antifricción. de
60
Bronce recocido.
150
Bronce fosforoso y otros
1/16 pulgada
G
Esfera
de
1/16 pulgada
H
Esfera de 1/8
materiales. 60
Metales blandos con poca
pulgada
homogeneidad, fundiciones con base hierro.
K
Esfera de 1/8
150
Aplicaciones análogas al tipo
pulgada
anterior.
Escalas de dureza Rockwell Superficial Símbolo de la escala
Penetrador
Carga mayor (kg)
Aplicaciones
15N
Diamante
15
Aceros nitrurados, cementados herramientas
y de
gran dureza.
30N
Diamante
30
Aplicaciones análogas
al
tipo
anterior.
45N
Diamante
45
Aplicaciones análogas
al
tipo
anterior.
15T
Bola de 1/16
15
pulgada
30T
Bola de 1/16
Bola de 1/16
30
Bola de 1/8 pulgada
y
Bronce,
latón
y
aceros blandos 45
pulgada
15W
latón
aceros blandos
pulgada
45T
Bronce,
Bronce,
latón
y
aceros blandos 15
Bronce,
latón
y
: :
M26314 III A
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 26
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 aceros blandos
30W
Bola de 1/8
30
pulgada
45W
Bola de 1/8
Bronce,
latón
y
aceros blandos 45
pulgada
Bronce,
latón
y
aceros blandos
9. ¿Qué aplicaciones tiene el ensayo Rockwell?. Mencione ejemplos El ensayo de dureza Rockwell debido a su simplicidad es el método mas ensayado. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.
10. En el ensayo Vickers ¿hay semejanzas con respecto al Brinell?. ¿Cuáles? En el ensayo Brinell se utiliza un penetrador esférico duro y las cargas están comprendida entre 500 y 3000 Kg, en el ensayo Vickers se utiliza un penetrador muy pequeño de geometría piramidal las cargas están comprendidas entre 1 y 1000 g. Ambos utilizan una carga fija y se basan en la medición de la muesca del penetrador
11. Mencione las ventajas en la utilización del método Vickers.
Las improntas resultan bien perfiladas, cómodas para la medición.
Este método es aplicable con igual éxito para los materiales blandos y duros, y sobre todo para los ensayos de probetas delgadas y las capas superficiales.
La dureza con la pirámide coincide con la dureza Brinell para los materiales de dureza media.
Es conocido también como el método de análisis de microdurezas.
12. ¿Qué ensayo le parece mas simple de realizar?. Explique porque. El ensayo más fácil de realizar es el de medición de dureza mediante el durómetro EQUOTIP, porque es portátil, rápido, además que te da la posibilidad de trasladar datos de escala a escala, y te entrega datos estadísticos para el control del proceso de medicion
13. ¿Qué ensayo le parece mas complicado de realizar?. Explique porque. Utilizar el equipo de laboratorio implicaba, para el caso de estudio del método de Brinell implicaba un error considerable dado a que se acciona con pistones hidráulicos, los que además están fallando, no se podía obtener un valor constante de la carga aplicada, lo que nos lleva a errores y lecturas de la dureza por medición indirecta equivocados.
14. ¿Cuál de los ensayos realizados proporciona más información respecto al material? Explique porque
Tecnología de Materiales Avanzados
Página 27
Tema :
Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012 Hasta el momento el ensayo que proporciona mayor cantidad de información ha sido el ensayo de tracción, debido a que de manera indirecta, y analizando las zonas podemos obtener datos referentes como la dureza, la ductilidad, la resilencia.
15. Realice un cuadro comparativo de los materiales y sus principales propiedades de dureza, tracción, etc. Material
Dureza Brinel l
Modulo de elasticida d (MPA x 104)
Modulo de cizallad ura (MPA x 4 10 )
Limite elástico MPa
Resistencia a la tracción MPa
Acero de herramienta s
500 HB
20.7
8.3
130
262
Aluminio
15 HB
6.9
2.6
28
69
11
4.6
69
200
Cobre
Material
Dureza Brinell HB
Rm (MPa)
Acero al carbono 1040
235
750
Acero de baja aleación 8630
220
800
Acero Inoxidable 410
250
800
Superaleacion férrea (410)
250
800
Fundición dúctil, 60-40-18
167
461
Aluminio 3003-H14
40
150
Magnesio AZ31B
73
290
Magnesio de moldeo AM100A
53
150
Ti – 5Al – 2.5 Sn
335
862
Bronce al aluminio, 9% (aleación de cobre)
165
652
Monel 400 (aleación de niquel)
120
579
Cinc AC41A
91
328
Aleacion de soldadura 50:50 (aleación de plomo)
14.5
42
Tecnología de Materiales Avanzados Tema :
Página 28 Código
Laboratorio N°3: Dureza de Materiales con la Técnica Dinámica de Rebote Nota:
:
Semestre: Grupo
:
M26314 III A
Fecha de Realización: 27 de Abril de 2012
CONCLUSIONES: Respecto a los ensayos de dureza me parece que la conclusión debe ser cualitativa, pues el objetivo además de enfocarse a comprender el concepto de dureza era aprender a utilizar los instrumentos para obtenerla. Se trata pues de un objetivo cualitativo. Dicho esto, efectivamente, los materiales que empíricamente sabíamos más “duros”, es decir, que ejercen una mayor resistencia a deformaciones localizadas, es decir, los que más
resistencia ofrecieron a ser rayados, fueron los que cuantitativamente mostraron una dureza mayor. Lo importante de esta práctica, además de la técnica correcta para obtener dureza de una probeta, es que uno entienda que en realidad la Dureza como propiedad en el fondo se refiere a la resistencia a la deformación plástica. Este ensayo nos habla de la resistencia de un material a ser deformado. Por lo tanto estas propiedades son proporcionales. Un asunto interesante que me pareció conveniente tocar en la conclusión, es que resulta que las pruebas que conocemos para determinar la dureza de un material son destructivas, es obligatorio tener una muestra e indentarla, por cualquiera de los ensayos estudiados en el laboratorio. Se hará una indentación y se destruirá parte del material De este ensayo podemos concluir que en cuanto a dureza Rockwell es fácil de llevar a cabo, porque no implica mayores cálculos matemáticos y el resultado de cada ensayo se obtiene de la directa lectura del dial. Es fácil el reconocimiento de resultados erróneos, porque varía mucho la lectura entre un ensayo y otro. Las probetas deben ser limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus caras donde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la superficie durante el procedimiento de limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que la superficie esté en la normal del eje del indentador. Se conoció y aprendió a utilizar los distintos dispositivos para efectuar y comprobar la dureza de diversos materiales. Por la rapidez y sencillez de los ensayos se pueden efectuar numerosos en muy poco tiempo y así verificar la autenticidad de los resultados.
BIBLIOGRAFIA
Procesos de Manufactura J. Kalpkhjan Editorial Mc graw – Hill
Introduccion a la Ciencia de los Materiales de Donald Askeland.
.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwell