Ensayo de Dureza-laboratorio 3

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América)

INGENIERIA DE MATERIALES – ENSAYO ENSAYO DUREZA

PROFESOR:

Ing. Jorge Rojas

ALUMNOS: CODIGO:  Baldeón Mallma, Gabriela Beatriz 12170007  Chávez Arias ,Betsy Fiorela 12170014 10170287  Geronimo Loli Karina  Principe Marcelo, Marcelo, Dahlin Andersson 12170205 12170207  Ramos Rivera, Yeraldin Marelly HORARIO: Martes de 1 pm a 3 pm


22 de octubre de 2013

Contenido INTRODUCCION: INTRODU CCION: .................................................. ....................................................................................................... ................................................................. ............ 3 OBJETIVOS: ............................................................................................................................ 4 FUNDAMENTO TEORICO ...................................................................................................... 5 Ensayo Brinell ..................................................................................................................... 5 DUREZA ROCKWELL .......................................................................................................... 9 DUREZA VICKERS ............................................................................................................. 19 Acero: .............................................................................................................................. 20 DUROMETRO DE BANCO TH722 .................................................................................... 27 EQUIPOS E INSTRUMENTOS ................................................................................................ 30 

DURÓMETRO DURÓMETR O UNIVERSAL UNIVER SAL DE MESA ..................................................... ....................................................................... .................. 30



DURÓMETRO DURÓMETR O PORTÁTIL PORTÁTI L .............................................. ........................................................................................... ............................................. 30

HERRAMIENTAS ..................................................... .......................................................................................................... ............................................................... .......... 31 MATERIALES MATERIALES ......................................................................................................................... 33 ENSAYO DE MATERIALES ................................................................................................... . 34

TIPOS DE DUREZA: ........................................................................................................... 34 PROCEDIMIENTO ................................................................................................................ 36 I.

ANALISIS DE LAS TABLAS ................................................. ..................................................................................... .................................... 43

....................................................................................................... ............................................................... .......... 51 CONCLUSIONES: .................................................. ................................................................................................. ........................................................................ .................... 52 BIBLIOGRAFIA: ............................................. ANEXOS:............................................................................................................................... 53

INGENIERIA INDUSTRIAL

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Contenido INTRODUCCION: INTRODU CCION: .................................................. ....................................................................................................... ................................................................. ............ 3 OBJETIVOS: ............................................................................................................................ 4 FUNDAMENTO TEORICO ...................................................................................................... 5 Ensayo Brinell ..................................................................................................................... 5 DUREZA ROCKWELL .......................................................................................................... 9 DUREZA VICKERS ............................................................................................................. 19 Acero: .............................................................................................................................. 20 DUROMETRO DE BANCO TH722 .................................................................................... 27 EQUIPOS E INSTRUMENTOS ................................................................................................ 30 

DURÓMETRO DURÓMETR O UNIVERSAL UNIVER SAL DE MESA ..................................................... ....................................................................... .................. 30



DURÓMETRO DURÓMETR O PORTÁTIL PORTÁTI L .............................................. ........................................................................................... ............................................. 30

HERRAMIENTAS ..................................................... .......................................................................................................... ............................................................... .......... 31 MATERIALES MATERIALES ......................................................................................................................... 33 ENSAYO DE MATERIALES ................................................................................................... . 34

TIPOS DE DUREZA: ........................................................................................................... 34 PROCEDIMIENTO ................................................................................................................ 36 I.

ANALISIS DE LAS TABLAS ................................................. ..................................................................................... .................................... 43

....................................................................................................... ............................................................... .......... 51 CONCLUSIONES: .................................................. ................................................................................................. ........................................................................ .................... 52 BIBLIOGRAFIA: ............................................. ANEXOS:............................................................................................................................... 53


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INTRODUCCION: La Dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el

corte de su superficie. Saber el el valor de la dureza de los materiales es de mucha importancia a la hora de controlar procesos de producción de piezas de fundición y forjado. Para el control de componentes se utiliza a menudo el método Bri nell con altas cargas de ensayo para obtener mediante huellas grandes un valor medio estable de los componentes estructurales. Los diferentes métodos desarrollados para medir la dureza en general consisten en producir una deformación local, en el material que se ensaya, a través de un indentador. Existen diversos ensayos para determinar la dureza, entre ellos , el ensayo Brinell , Vickers y Rockwell. Este laboratorio consiste en medir la dureza del acero comercial, para lograr nuestro nuestro objetivo utilizamos el durómetro de banco TH722 , con este este equipo penetraremos la probeta y como

lo mediremos en HRB , el

resultado saldrá directamente en la pantalla de éste, luego compararemos los resultados obtenidos con los que obtuvimos del durómetro portátil para así identificar el mejor equipo para la medida de dureza.


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OBJETIVOS: Reafirmar nuestros 


conocimientos adquiridos del manejo del

durómetro de banco TH22, y adquirir destrezas en el manejo de la misma desarrollando pruebas o ensayos durante el presente curso. 

Determinar la dureza de los materiales, y comparar con cual carga y diámetro del penetrador es más eficiente el método.



Obtener un informe técnico con los resultados obtenidos y calculados.



Analizar los resultados obtenidos y calculados.



Identificar las cargas, el el tipo de indentador ,según su escala escala de las diferentes mediciones de dureza.


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FUNDAMENTO TEORICO Ensayo Brinell El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie del material a

ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la l a carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que

.......(1) La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la maquina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material. Otra manera de determinar el número HB es partiendo del diámetro d de la impresión lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente especialmente diseñados para tal fin. En este caso el valor del diámetro de la impresión resultará del promedio de dos lectura realizadas a 90º entre si. Considerando que

……..(2)

reemplazando la Eq. 2 en la Eq. 1 se obtiene una expresión para el número de Brinell en función del diámetro de la huella


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INGENIERIA DE MATERIALES – ENSAYO DUREZA


…….(3)

En la práctica el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el valor del diámetro de la impronta. En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y en otros una depresión Fig 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta en forma práctica es dificultosa. Por todo esto se ha generalizado la determinación de HB a partir de d, ya que ofrece mayor seguridad de una determinación correcta. Ya sea en la, determinación de h o en la de d, se requiere una precisión mínima de 0,01mm.

Puede resultar conveniente obtener el valor de dureza a partir de la penetración h mediada durante el ensayo y luego comparar este valor con el que resulta de las mediciones de d. INGENIERIA INDUSTRIAL

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En caso que los resultados sean muy disímiles, el operador deberá decidir acerca de cual método es el que el arroja el resultado más exacto, en base a su experiencia y al conocimiento del equipamiento utilizado. Algunos durómetros modernos están dotados de sistemas electrónicos encargados de producir la identación y determinar el valor de dureza automáticamente. Estos sistemas proveen el valor de dureza en forma directa, sin necesidad de realizar mediciones ni utilizar tablas. La determinación automática de la dureza se puede hacer de dos maneras: a través de sensores electrónicos que miden directamente la profundidad de penetración h, o bien mediante la determinación de las dimensiones de la huella a través de un microscopio de 20X o 40X incorporado en el aparato. Estos sistemas automáticos permiten ciclos de medición muy rápidos, lo que los hace aptos para formar parte de una línea de producción en la que se requiere medir dureza en un alto número de piezas. Penetradores

Como penetrador normal del método Brinell puede considerarse la bolilla de 10 mm de acero muy duro HB = 630 pudiendo emplearse, en probetas de menor espesor, penetradores de 5 y 2,5 mm, aceptándose en cualquier caso una tolerancia de ±0,005D. También se emplean penetradores de 1,25 y 0,625 mm de carburo de tungsteno que permiten ensayar materiales más duros, aunque los ensayos no son comparables con los realizados con los otros tipos de bolillas. Existen diversos criterios para determinar la bolilla a utilizar en un ensayo. Las normas IRAM especifican que en ningún caso se ensayarán probetas cuyo espesor e sea menor que INGENIERIA INDUSTRIAL

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el diámetro del penetrador D, mientras que las ASTM indican que e no debe ser menor de 10 veces la profundidad de penetración. La norma ASTM especifica la dureza mínima requerida para satisfacer la condición e<10h para un espesor de probeta determinado y distintas condiciones de carga, como se muestra en la tabla 3.

En la tabla 4 se expresa un criterio algo más práctico [1], que permite seleccionar el diámetro de la bolilla en función del espesor de la probeta.

Cargas empleadas

De acuerdo a las normas ASTM las cargas estándar son las de 3000, 1500 y 500 kg, por lo que considerando que el penetrador normal es el de 10 mm, la relación 0,25D < d < 0,5D se cumple para metales cuya dureza Brinell se encuentra comprendida entre los valores indicados en la tabla 5. INGENIERIA INDUSTRIAL

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Por otra parte, de acuerdo con los distintos diámetros de los penetradores y constantes de ensayo, tomadas en base a la naturaleza del material, se han confeccionado tablas como la tabla 6 que permite conocer directamente la carga a emplear para cada material y espesor de probeta.

DUREZA ROCKWELL Al igual que en el ensayo Brinell la dureza se determina en función del

grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada. Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la impronta será menor y menos profunda.


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Además el ensayo Rockwell no requiere la utilización de formula alguna para la determinación de la dureza. Esta se obtiene directamente del dial indicador de la máquina ya que la misma está dada por el incremento de profundidad de penetración debido a la acción del penetrador, el cual puede ser una bolilla de acero o un cono de diamante. En la operación, la cual se muestra esquemáticamente en la Fig.5,se aplica inicialmente una carga de 10 kg la cual causa unapenetración inicial A que pone el penetrador sobre el material y lo mantiene en posición. El indicador de la máquina se pone en cero, es decir se toma la línea de referencia a partir de la cual se medirá la identación y se aplica la carga adicional, la que generalmente es de 50 o 90 kg cuando se utiliza como penetrador una bolilla de acero y es de 140 kg cuando se utiliza el cono de diamante.


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Al aplicar la carga adicional el material fluye plásticamente, resultando una penetración total B. Posteriormente, se retira la carga adicional, permitiendo la recuperación elástica del material resultando una penetración final C. Una vez que la carga principal se retira, el valor de dureza se lee directamente del indicador de la máquina y dependerá de la penetración h dada por la diferencia entre la línea de referencia A y la línea final C. En las máquinas con sistema de indicación analógico la carátula lleva dos grupos, que difieren por 30 números de dureza, en los que se agrupan las diferentes escalas correspondientes al método, véase la Fig. 6.

Uno de los grupos corresponde a las escalas que utilizan el penetrador esférico, mientras que el otro corresponde a las que utilizan el cono de diamante.


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Las escalas Rockwell tienen divisiones de 0,002 mm, es decir la diferencia de penetración entre lecturas HRB = 53 y HRB = 56 es de 0,006 mm. Como las escalas están invertidas un número más alto implica mayor número Rockwell el cual esta dado por HR = E – h (13) Donde E es el número total de divisiones de la escala y h es el incremento de penetración


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Cargas, Penetradores y Escalas

Como se explicó la carga aplicada resulta de una inicial cuyo valor es de 10 kg en todos los casos y otra adicional de 50, 60, 90 o 140 kg, de acuerdo al material a ensayar. Por otro lado, también se mencionó que los penetradores pueden ser bolillas de acero o bien un cono de diamante cuya punta tiene radio de 0,2 mm y un ángulo de 120º. De esta manera es posible obtener distintas combinaciones de cargas y penetradores; en la actualidad existen 15 combinaciones o escalas distintas que se identifican con las letras A, B, C, D, etc. En la tabla 7 se muestran las 15 escalas con sus combinaciones de carga penetrador y los materiales en las que se utiliza cada una. Por este motivo en el número de dureza debe indicarse la escala utilizada, de esta forma HRC significa dureza Rockwell escala C (cono de diamante y una carga total de150 kg). Como se puede ver en la tabla 7, para metales y aleaciones duras se utiliza el cono de diamante con una carga total de 150 kg. Cuando se ensayan materiales muy blandos se utilizan bolillas de 1/8 y ½ con cargas de 60, 100 y 150 kg.


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Empleo útil de los penetradores

La gama útil del penetrador esférico de 1/16 en la escala B va desde un valor de 10 hasta 100 ya que para valores mayores, se puede deformar la bolilla. Para estos casos se recomienda el empleo del cono de diamante con una carga de 150 kg (escala C)


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Para valores inferiores a HRB = 10 se deberá utilizar bolillas de mayor diámetro o bien la de 1/16 con una carga total de 60 kg. La escala E se utiliza para piezas fundidas y materiales muy blandos. Esta escala trabaja con un penetrador esférico de 1/8” y con una carga de 100

kg. Cuando el material a ensayar admite más de una escala se recomienda emplear aquella que utilice la bolilla de menor diámetro para tener así una mayor sensibilidad. El criterio opuesto debe seguirse si se ensayan materiales poco homogéneos ya que la esfera de mayor diámetro permite obtener una dureza promedio por afectar una mayor superficie. En la tabla 8 se detalla el empleo útiles de cada una de las escalas.


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Condiciones de ensayo.

Muchas de las consideraciones y precauciones a tener durante el ensayo son las mismas que se mencionaron para un ensayo Brinell. Así por ejemplo la cara a ensayar debe ser lisa y plana, la carga debe actuar en forma perpendicular a la probeta, la cual no debe moverse durante el ensayo. El espesor de la probeta no debe ser menor de 10 veces el incremento de penetración (10h) cuando el penetrador es el cono de diamante y 15 veces (15h) cuando el penetrador es una bolilla [5]. El ensayo debe ser descartado si la cara opuesta a la ensayada presenta una marca por pequeña que sea, ya que esto implica que el apoyo soportó parte de la carga. Cuando se ensayan piezas cilíndricas su radio de curvatura no debe ser menor de 5 mm. En general en estos cazos el valor de dureza obtenido disminuye en función del diámetro del material y la norma ASTM E18 da los valores a adicionar a los resultados obtenidos en el ensayo [1]. El valor de dureza debe resultar del promedio de por lo menos tres mediciones las que deberán efectuarse a una distancia de no menos de 3 mm.


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Dureza Rockwell Superficial

La dureza Rockwell superficial es una extensión del método, en el que las escalas surgen de las combinaciones de los mismos penetradores, el cono de diamante y las mismas bolillas, con cargas menores. En este caso se utiliza una carga inicial de 3 kg y cargas adicionales de 12, 27 y 42 kg. La dureza superficial con el cono de diamante puede emplearse en piezas extremadamente delgadas tales como hojas de afeitar, o bien en aquellas que han sido endurecidas superficialmente en una capa de muy delgado espesor, como es el caso de los aceros nitrurados o cementados. Con los penetradores esféricos se pueden ensayar los aceros blandos, bronces, etc. La máquina de ensayo tiene una escala única dividida en 100 partes iguales, correspondiendo cada división a 0,001mm, lo que hace a un rango total de penetración de 0,1 mm. En este caso las combinaciones entre penetradores y cargas se distinguen con subíndices, constituidos por el valor de la carga total en kg y las letras N, T, W, X e Y. De esta manera para indicar las condiciones de ensayo es necesario indicar la carga empleada y la escala, de manera que HR30N significa dureza Rockwell superficial – carga: 30 kg – penetrador: cono de diamante HR45T significa dureza Rockwell superficial – carga: 45 kg – penetrador: bolilla 1/16”.

La escala N se emplea, en general en los material indicados para las escalas A, C y D delmétodo estándar; la T reemplaza a las B, F y G y las W, X e Y se usan en metales muy blandos. En las tabla 7 se muestran cada una


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de las escalas con las posibles combinaciones carga-penetrador y la aplicabilidad de cada una de ellas. En la Fig. 7 se muestra en forma esquemática y a modo de comparación las improntas que resultan de los ensayos de dureza Brinell, Rockwell estándar y Rockwell superficial.

DUREZA VICKERS La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell ya que se

obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide, como se muestra en la Fig 9. De esta manera el valor de dureza Vickers resulta:

Dado que l2= d2/2 se puede obtener una expresión en función de la diagonal d, la cual resulta


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También es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de penetración h de la siguiente manera.

Ya sea en la determinación de d o h se requiere una exactitud de 0,001 mm y el valor de d resultará del promedio de ambas diagonales. Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el espesor y tipo de material. En general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más usadas. De esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la carga, así HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg. Acero: Acero es la denominación que comúnmente se le da en ingeniería

metalúrgica a

una

aleación de hierro con

una

cantidad

de carbono variable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composición, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son quebradizas y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No

se

debe

confundir

el

acero

con

el

hierro,

que

es

un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å,

con temperatura

de

fusión de

1.535 °C y punto

de

ebullición 2.740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas INGENIERIA INDUSTRIAL

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INGENIERIA DE MATERIALES – ENSAYO DUREZA alotrópicas (excepto

en

la

forma

de


diamante).

La difusión de

este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos. El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

Existen muchos tipos de acero en función del o los elementos aleantes que estén presentes. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones específicas reciben denominaciones particulares en función de múltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».

Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza, lo que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad lo hace apto para numerosos usos como INGENIERIA INDUSTRIAL

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la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas. A pesar de ello existen sectores que no utilizan acero (como la construcción aeronáutica), debido a su densidad (7.850 kg/m³ de densidad en comparación a los 2.700 kg/m³ del aluminio, por ejemplo).

Características mecánicas y tecnológicas del acero



Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas: Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.



Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.


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INGENIERIA DE MATERIALES – ENSAYO DUREZA 


Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.



Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.



Es maleable.

Se

pueden

obtener

láminas

delgadas

llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño. 

Permite

una

buena mecanización en máquinas

herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. 

Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.



La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean

en

las

denominados aceros

herramientas rápidos que

de

mecanizado,

contienen

cantidades

significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos

tecnológicos

para

medir

la

dureza

son Brinell,Vickers y Rockwell, entre otros. 

Se puede soldar con facilidad.



La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de


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la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables. 

Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3 · 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.



Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por

los

imanes.

Los

aceros

inoxidables

contienen

principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción. 

Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L,

siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,00 0012). Si existe INGENIERIA INDUSTRIAL

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libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado. El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio. En estos aceros son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento. Estas propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen y demás aleantes. En general los aceros al carbono ordinarios contienen menos de 1% de Carbono, menos de 0,9% de manganeso (Mn), menos del 0,5% de Silicio, menos del 0,1% Fosforo (P) y menos del 0,1 de Azufre. Según las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de aceros ordenados por su resistencia a la tracción. Popularmente son conocidos estos aceros como: Acero extradulce, dulce, semidulce, semiduro y duro. 

Acero dulce


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El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecánica de 48 -55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar con una técnica adecuada.



Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, para armazones metálicos, barras perfiladas, pernos, alambres y para la fabricación de piezas de automóviles.

Propiedades Físicas y químicas:





Este tipo de acero tiene una resistencia a la tracción inferior a 270 MPa.



No es dúctil ni maleable.



Ventajas:



Es Barato.



Existe una amplia variedad disponible con diferentes propiedades.



Es magnético y de alta rigidez, lo que significa que es ampliamente utilizado en los motores y aparatos eléctricos.

 

Desventajas: 

Posee poca resistencia a la corrosión, implicando que se oxide.


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DUROMETRO DE BANCO TH722 

Distintos métodos de ensayo: Brinell & Rockwell & Vickers.



Adecuado para ensayos de dureza metales ferrosos y no ferrosos, metales duros, capas endurecidas

y

capas

químicamente tratadas. 

Se

pueden

seleccionar

diferentes cargas de ensayo e indentadores  

Equipado con dispositivo para medición de las indentaciones.

Características: 

Para probar la dureza de los metales ferrosos, no ferrosos, metales duros, capas carburado y químicas capas tratamiento.

 

Múltiples método de prueba: Brinell y Rockwell y Vickers. Diferentes tipos de prueba de la fuerza y el penetrador se pueden seleccionar.



Prueba de adoptar fuerza de transformación marco y sistema óptico de medición de instrucciones.



Equipado con sangría aparato de medición.


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Especificaciones técnicas Pre-prueba de fuerza (N) Rockwell prueba de fuerza (N)

98 588, 980, 1471 N

Brinell fuerza de prueba (N)

306, 613, 1839 N

Vickers fuerza de prueba (N)

294, 588, 980 N

Ampliación del microscopio Max. altura de las muestras (mm) Distancia desde el centro del penetrador de la pared exterior (mm)

180 mm 200 mm

Tamaño de la máquina (D × W × H) (mm) AC220V/50Hz Fuente de alimentación Peso (kg)

560 X 260 X 760 90

Accesorios estándar Penetrador de diamante de Rockwell Diamante Vickers penetrador penetrador bola 1.5875mm indentador de bola de 2,5 mm indentador de bola de 5 mm Prueba de la tabla (Grande) Prueba de la tabla (pequeño) tabla de prueba ("V") Norma Rockwell bloque de dureza (50 ~ 70HRC) INGENIERIA INDUSTRIAL

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Norma Rockwell bloque de dureza (20 ~ 40HRC) Norma Rockwell bloque de dureza (HRB) Norma dureza Brinell bloque Norma bloque de dureza Vickers Peso 1 Peso 2 Peso 3 Peso 4 Peso 0 # 15 × micrómetro ocular 2,5 x Objetivo 5 × Objetivo


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EQUIPOS E INSTRUMENTOS

DURÓMETRO UNIVERSAL DE MESA

El durómetro universal TIME modelo TH722 mide directamente en las escalas Rockwell, Brinell y Vickers, siendo un equipo ideal y de gran utilidad para ensayar una gran variedad de materiales en diferentes escalas.   

Múltiple método de prueba: tipos diferentes de pruebas de fuerza Medición de instrucciones Equipada con un dispositivo de medición DURÓMETRO PORTÁTIL


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Identificación automática de Dispositivos de Impacto y dirección de ensayo. Lectura directa de escalas de dureza HRB, HRC, HV, HB, HS, HL. Conversión a resistencia a la tracción (U.T.S). Para todos los materiales metálicos. Amplio rango de medición. MICROSCOPIO METALOGRAFICO El microscopio metalográfico, debido a la opacidad de los metales y aleaciones, opera con la luz reflejada por el metal. Por lo que para poder observar la muestra es necesario preparar una probeta y pulir a espejo la superficie

HERRAMIENTAS

LIMA PLANA SEMIFINA Y BASTARDA


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LIJA DE METAL N°600 Y 800

COMPÁS


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MATERIALES 1 BARRA LISA DE ACERO ALEADO DE 1.5’’ DE DIÁMETRO Y ½’’ DE LONGITUD O PLACA DE ACERO ALEADO DE 1’’X1’’X0.5’’.

1 BARRA LISA DE ACERO ASTM 36 (ISO SAE 1045) DE 1.5’’ DE DIÁMETRO Y ½’’ DE LONGITUD.

1 BARRA DE BRONCE DE 1.5’’ DE DIÁMETRO Y ½’’ DE LONGITUD.

1 BARRA DE ALUMINIO DE 1.5’’ DE DIÁMETRO Y ½’’ DE LONGITUD.

1 BARRA DE ALUMINIO DE 40 MM DE LONGITUD. HOJA DE SIERRA BIMETÁLICA DE 300 MM.


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ENSAYO DE MATERIALES

TIPOS DE DUREZA:  Vickers:  Brinell: Rockwell:  Al igual que en el ensayo Brinell la dureza se determina en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada. Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la impronta será menor y menos profunda. 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 : HRC HRB HRF ¿Cómo escoger la escala?

La escala se escoge de acuerdo al material, la escala de dureza debe ser compatible en ambos tipos de durómetro. La escala elegida para la probeta de acero comercial es HRB. Se realizó mediciones en primer lugar con el durómetro portátil para elegir una escala y luego se realiza mediciones con durómetro de banco con la misma escala Rockwell INGENIERIA INDUSTRIAL

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Durómetro Portátil: Mide las escalas ROCKWELL - BRINELL-VICKERS - SHORE D. Conversión Resistencia a la Tracción. De acuerdo a normas ASTM. 

   

Escalas: HV, HB, HRC, HRB, HS, HL y conversión a la resistencia a la tracción. Lecturas de alta precisión ± 6 HLD Corrección de dirección del impacto 360º Mini-Impresora térmica incorporada. Gran capacidad de memoria de hasta 1000 ensayos Se eligió la escala HRB de rockwell y se realizó 5 mediciones.

Durómetro de Banco: Se realiza el tipo de ensayo Rockwell aplicando una fuerza 980.7 porque el

símbolo elegido es HRB, el identador usado es de bola de acero, diámetro 1.588mm.Como se indica en la siguiente figura. INGENIERIA INDUSTRIAL

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PROCEDIMIENTO

Para realizar esta prueba, Ensayo de Dureza, utilizamos los dos equipos: el durómetro de banco (1) durómetro ortátil 2 : (1)

(2)

Trabajamos con la probeta de acero comercial, al cual le hacemos 6 puntos (en la intersección de una circunferencia con radio R/2 y 3 diámetros simétricamente separados), previamente teniendo en cuenta las siguientes normas: *La distancia mínima donde se realice el agujero es de 3mm con respecto al borde. *La superficie de la probeta debe ser lisa, evitar imperfecciones o desnivel.


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El uso del equipo se elige de acuerdo al material con que se trabaje, la escala de dureza debe ser compatible para ambos equipos.

Empezamos midiendo la profundidad de la huella, es decir, la dureza del acero comercial con el DURÓMETRO DE BANCO, cuyas características para el ensayo se realiza el tipo de ensayo Rockwell aplicando una fuerza 980.7 porque el símbolo elegido es HRB, el identador usado es de bola de acero, diámetro 1.588mm.Como se indica en la siguiente figura.


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MATERIAL


CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO ENSAYO DE Símbolo Tipo de FUERZA (N) de Identador ensayo Fuerza Fuerza valores de principal total dureza del del ensayo ensayo

Aleación dura, acero de cementación a carbono Acero templado, Rockwell acero de Ensayo calidad de ajustable, dureza fundición dura Acero dulce, aleación de aluminio, aleación de cobre Metales no ferrosos, Brinell hierro Ensayo fundido, de aleación dureza blanda, plásticos Dureza superficial de capas Vickers cementadas Ensayo de de aleaciones dureza metálicas, componentes delgados de tipo pequeño INGENIERIA INDUSTRIAL

588.4

Instalación de medición

HRA Identador de cono de diamante

98.07

1471

980.7

306.5 612.9 1983

294.2 980.7

Medición óptica indicando mecanismo

HRC

HRB

HB

HV30

Ø1.588mm Identador de bola de acero Ø2.5. Microscopio Ø5mm de Identador topografía de bola de acero

Identador Microscopio cónico de angular de topografía diamante

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Pasos para medir la dureza a través del durómetro de banco:


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RESULTADOS DEL DURÓMETRO DE BANCO 1° 74.5 2° 74.4 3° 73.6 4° 74 5° 72.6

Luego llevamos la probeta a medir su dureza con el DURÓMETRO PORTÁTIL, aplicando la carga 5 veces, justo en los puntos cercanos a los de la huella dejada en el procedimiento anterior.

RESULTADOS DEL DURÓMETRO PORTÁTIL 1° 61.5 2° 58.3 3° 61 4° 61.7 5° 47.4


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RESULTADOS

Los 5 valores de dureza del acero comercial en la escala HRB de cada tipo que obtuvimos tanto del durómetro portátil como del durómetro de banco son:

DUROMETRO DE BANCO

DUROMETRO DE PORTATIL

74.5HRB

61.5 HRB

73.6 HRB

56.3 HRB

74.4 HRB

61.0 HRB

74.0 HRB

61.7 HRB

72.6 HRB

47.4 HRB

Para saber la relación que tiene los valores de dureza tanto del durómetro portátil como el durómetro de banco, se realizó una estadística de ellos; para ello usamos como herramienta de cálculo al paquete estadístico ¨MINITAB¨.

La cual nos permitirá analizar la eficiencia que nos proporcionara cada durómetro. Para ello, colocamos nuestros datos en el paquete estadísticos:


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INGENIERIA DE MATERIALES – ENSAYO DUREZA I.


ANALISIS DE LAS TABLAS

1) ESTADISTICA DESCRIPTIVA:

TABLA N. 1

Al hacer una estadística de los valores, se pudo interpretar lo siguiente: A través del programa se pudo obtener:



para el durómetro portátil: su media, su desviación estándar, su varianza y lo más importante poder hallar su Coeficiente de Variación que es la que voy a utilizar para comparar con los otros valores del durómetro de banco.

CV= S x100 X


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se observa que:

CV (durometro de Banco)

˂

1.04% ˂

CV (durometro portatil) 10.61%

ANALISIS:





Lo cual significa que existe mayor dispersión relativa con respecto a su media(X=57.58) en los valores de dureza del durómetro portátil porque su coeficiente de variación es de 10.61% ;es decir los valores que toma la dureza portátil se encuentran muy distantes porque no toman valores casi constantes ya que el intervalo en la que se encuentran los valores es de 47-62;lo que no sucede con los valores de dureza de banco que tiene un coeficiente de variación de 1.04% lo cual significa que los valores están muy relacionados porque se encuentran entre el intervalo de 72-75 casi constantes. Lo cual verifica porque su dispersión es mínima. Por lo tanto se puede concluir que el durómetro de banco es más

Otra medidas con la que también se podrán comprobar cuál de los durómetros me da el resultado más exacto para ello necesitaremos al paquete estadístico MINITAB ,con la cual comprobaremos la dispersión o variabilidad que existe entre los resultados del durómetro portátil y la relación constante en los resultados del durómetro de banco, son:


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2) GRAFICA DE DISPERSION:

TABLA N. 2 G r áfica de dispersión de DUROMETRO PORTATIL vs. DUROMETRO DE BANCO

• En la grafica de dispersion anterior ,como lo dice su propio nombre me permite ver que tan relacionados se encuentran los valores obtenidos de cada durometro. Se infiere del cuadro ,que si los valores que en la grafica toman la forma de puntos(donde cada punto esta formado por un valor del durometro portatil y un valor del durometro de banco),formaran una linea recta se podria decir que tendrian una relacion ,lo cual no se ve;por ello indica que se encuentran muy dispersos debido a que estan ubicados en diferentes partes del cuadro ,es decir no se concentran en una sola direccion.

ANALISIS INGENIERIA INDUSTRIAL

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TABLA N. 3 Gráfica de dispersión de DUROMETRO PORTATIL vs. DUROMETRO DE BANCO

ANALISIS: Al igual que la anterior gráfica, con la única diferencia que ahora se le añade una línea que me indica que si los valores tanto de las dos tipos de DUREZA toman la misma forma de esta línea recta ,me indicaría que los valores no se encuentran dispersos, caso que no se observa porque los puntos se ven en diferentes partes del cuadro y eso es debido a los valores de dureza del durómetro portátil desvían la correlación entre cada valor ya que sus resultados no son tan precisas que puede deberse a muchos factores externos como la


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3) CON RESPECTO AL HISTOGRAMA:

TABLA N. 4 Histograma de DUROMETRO PORTATIL

ANALISIS:

Al realizar el análisis de los resultados del durómetro portátil, para ello utilizando un histograma que me presenta un cuadro de barras, con los valores obtenidos de este durómetro, se observa que las barras se encuentran muy separadas en un intervalo de frecuencia de 1-3 que me indica que los valores están dispersos y por lo cual existe una gran desviación de los valores con respecto a su media. El histograma me permite obtener: Su media X=57.58 y su desviación estándar ɤ =6.110


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TABLA N. 5 Histograma de DUROMETRO DE BANCO

ANALISIS:

En cambio en este histograma donde la variable es el durómetro de banco se observa que sus resultados de dureza si están muy relacionados porque se encuentra entre en un intervalo de frecuencia de 0-2 que es un rango más pequeño que el de la dureza del durómetro portátil, que se muestra en las barras donde la diferencia entre ellas es mínima, sus valores son casi constantes. Su media X=73.82 y su desviación estándar ɤ =0.7694 Se infiere que la no existe mucha variabilidad entre los valores con res ecto a su media, or ue su desviación es de 0.7694 ue es menos INGENIERIA INDUSTRIAL

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4) CON RESPECTO AL DIAGRAMA DE CAJAS:

TABLA N. 6 Gráfica de caja de DUROMETRO DE BANCO

En el diagrama de caja se observa que:

ANALISIS:

En este diagrama de cajas se puede ver que la línea que se encuentra en el medio divide en casi un 50% el área de la caja ,la cual me demuestra que los valores se encuentran muy relacionados ,este valor viene a ser la mediana .También se observa que no existe ningún valor atípico porque todos los valores se encuentran dentro de los límites de los bigotes .En esta caja se puede hallar los valores Q1,Q3 y el rango intercuartil. INGENIERIA INDUSTRIAL

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TABLA N. 7 Gráfica de caja de DUROMETRO PORTATIL

En el diagrama de caja se observa que:

ANALISIS:

En el diagrama de cajas se observa que la línea que está dentro de la caja ya no me divide el área en 50% como en la gráfica anterior, sino que esta presenta mayor dispersión por ello la línea se encuentra más alejada de su mitad. Eso nos demuestra que los valores presentan una gran variabilidad por ello hay una gran dispersión.


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CONCLUSIONES:

El durómetro de banco es más confiable en realizar mediciones de dureza que el durómetro portátil. La desviación estándar del durómetro portátil es mayor debido a que este indica la desviación con respecto a su media. Es más confiable trabajar con el durómetro de banco para la medición de dureza porque presento medir desviación de medida con respecto a su media. Es necesario realizar primero las mediciones en el durómetro portátil para tener una escala exacta para ser usada de igual forma en el durómetro de banco. Cuando se quiere realizar la medición de dureza de cualquier material ,se debe tener en cuenta :  el material debe estar bien lijada.


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BIBLIOGRAFIA:

Textos:

-Ciencia e ingeniería de los materiales .askeland, donald . Sitios Web:  

  

http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf http://www.starrett.com.ar/productos/buscador.php?categori a=39&gclid=CLeK6en1pboCFWpk7AodC0sAdA http://www.checkline.es/durometros/ http://www.armasblancas.com.ar/ http://www.clarosinst.com.ar/banco-rockwell.html


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ANEXOS: ANEXOS 1:

Figura 0.1

Figura 0.3


Figura 0.2

Figura 0.4

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ANEXOS 2: Figura 0.5

Figura 0.6

ANEXOS 2: Figura 0.7


Figura 0.8

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Ensayo de Dureza-laboratorio 3

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