UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICALABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES 2013-AENSAYO:N3 ENSAYO DE DUREZA

GRUPO:

FECHA:

I.- OBJETIVO:a) Conocer los diferentes mtodos de medicin de dureza de los materiales y tener una referencia relativa de los instrumentos a utilizar.b) Importancia del ensayo de dureza.II.- INTRODUCCION:La dureza es una propiedad mecnica en los metales es una propiedad de resistencia a ser deformados permanentemente. Todos los mtodos de ensayo de dureza dejan huella plstica (permanente) en el metal ensayado y a mayor tamao de huella el metal ser ms blando. En general existen tres mtodos para medir dureza y se clasifican de acuerdo a la forma de realizar el ensayo: dureza a la penetracin y dureza elstica o dinmica.III.- FUNDAMENTO TEORICO:1.- Definicin de dureza:Ladurezaes la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetracin, la abrasin, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes.En los metales es una propiedad mecnica que mide la resistencia a ser deformados permanentemente.2.- Dureza al rayado.La dureza se evala por la capacidad de os materiales de rayarse unos a otros. La dureza se mide de acuerdo con la escala de Mohs, que consiste de 10 minerales tipo (estndar) enumerados del 1 al 10 en orden creciente de dureza, y est basado en la resistencia que opone un material para ser rayado por otro. El mineral as blando en esta escala (mineral 1) es el talco, le sigue el yeso, mientras que el mineral 9 es el coridon () y l mas duro es el diamante. La ua del dedo tiene una dureza aproximada de 2, el cobre recocido (blando) de 3 y el acero templado (duro) de 7.3.- Dureza a la penetracin.Mide la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por el otro cuerpo, ms duro. Normalmente se imprime el material un identador (billa de acero endurecido, cono de diamante, etc.)Con una fuerza conocida por un tiempo determinado. Este tipo de ensayo es el que se emplea principalmente para determinar la dureza en los aceros, aleaciones de cobre (latones y bronces), aleaciones de aluminio, etc.a) Dureza Brinell (ASTM E10)Fue el primer ensayo de dureza a la penetracin ampliamente aceptado. Fue propuesto por el sueco June August Brinell (Paris 1900). El ensayo consiste en comprimir sobre la superficie del metal una billa de acero endurecido de 10mm de dimetro (D) con una carga (F) de 3000Kg, que se aplica progresivamente durante un tiempo determinado. Despus de retirada la carga y el identador, se mide el dimetro de la huella (d) dejada por el identador en milmetros.La dureza Brinell HB se determina mediante tablas o se calcula dividiendo la carga empleando (F) entre el rea de la superficie dejada por la huella (S) que se asume esfrica:Dnde:F = Carga aplicada en Kg.D = dimetro del identador (billa de acero S o de tungsteno W) en mm.d = dimetro promedio de la huella dejada por el identador, d1, un dimetro, se gira 90 y se mide otro dimetro d2.

Para que el ensayo de dureza Brinell tenga validez la relacin que debe existir entre el dimetro del identador (D) y el dimetro de la huella (d) es:

Relacin que se cumple en ensayos de aceros, en metales ms blandos no se cumple. Para metales ms blandos se debe emplear cargas menores de 3000Kg.Los dimetros de las billas que se emplean estn normalizados 10; 5; 2,5; 2; 1; 0,5mm. La carga mxima (F) es de 3000Kg, valores tpicos empleados son: 3000; 150 y 500Kg. La carga se aplica durante un periodo de tiempo determinado que es de 10 a 15 segundos.Relacin entre la dureza Brinell y resistencia.La dureza Brinell y la resistencia a la traccin son aproximadamente proporcionales, ejemplo en los aceros al carbono hipoeutectoides la relacin entre dureza y resistencia aproximadamente es:

Para aceros con 0,8% de C (hipoeutectoides), se cumple:En nmero de dureza Brinell cuando se emplea la bola de acero endurecido (S), est limitada en 500 unidades Brinell aproximadamente, pudindose llegar a 650HB cuando se emplean identador de carburo de tungsteno (W).b) Dureza Rockwell. (ASTM E18).Para durezas en materiales muy duros 700HB. Es similar al Brinell, resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo ms duro.Diferencia Brinell se determina la dureza en funcin de la superficie de la huella, la presin se aplica una vez.Rockwell en funcin de la profundidad a la que penetra el identador, actan dos cargas diferentes. Primero se aplica una carga pequea (precarga) de 10kg y luego, adems que aquella, acta otra carga mayor de 90kg (escala B, penetrador billa de acero de 1/16) o 140kg (escala C, penetrador cono de diamante).Las cifras de dureza Rockwell son funcin de la diferencia entre la penetracin conseguida cuando acta la carga pequea y la profundidad de la huella permanente que hicieron las dos cargas cuando actuaron a la vez, como se aprecia.

Esquema del ensayado de dureza Rockwell en la escala C.La profundidad de la penetracin obtenida hf o h, caracteriza la dureza Rockwell, mientras mayor es la profundidad de la penetracin menor es la dureza Rockwell. La dureza se lee en el dial de la mquina de dureza rockwell. Entre el nmero de dureza Rockwell y la profundidad hf o h existe la siguiente dependencia.La escala C (HRC) se utiliza en metales duros (aceros templados, templados y revenidos, etc.), emplea como identador un cono de diamante con un ngulo en la punta de 120 y para metales blandos y semiduros se emplea la escala B (HRB) que utiliza una bola de acero endurecido de 1/16 de dimetro.Se puede obtener la dureza Brinell en forma aproximada en aceros al carbono y aliados, multiplicando por 10 el valor obtenido en un ensayo de dureza Rockwell realizando en la escala C (HRC). Por ejemplo, un acero que presenta una dureza de 30HRC aproximadamente tendr una dureza de 300HB, para aceros blandos (de bajo carbono) con durezas menores de 250 HB el valor de su dureza Brinell es similar su dureza Vickers.c) Dureza Vickers (ASTM E92).El fundamento es parecido a la de Brinell, se basa en la resistencia que oponen los cuerpos a ser penetrados y tambin se determina la dureza, dividiendo la carga por el rea de la superficie de la huella dejada por el identador. Se diferencia por emplear un penetrador de diamante en forma cuadrangular, con un ngulo de 136 entre caras opuestas. El ngulo fue elegido para que las cifras Vickers coincidan con las Brinell. Esto ocurre hasta 250HB, pero a partir de esa cifra la dureza Vickers es siempre algo superior a la Brinell.Normalmente se emplean cargas variables entre 1 y 120kg, siendo la carga normal de 30kg. Adems, se recomienda el empleo de cargas mayores a 5kg. Pues para valores menores la dureza puede ser dependiente de la carga aplicada. Como resultado de la forma del identador, la impresin sobre la superficie de la muestra es un cuadrado. Las longitudes de las diagonales (d1 y d2) se miden por medio de un microscopio. La dureza Vickers (HV) se puede calcular mediante tablas o por medio de la siguiente formula.

Esquema del ensayo de dureza Vickers.El nmero de dureza Vickers es independiente de la carga empleada, pes si sobre un metal se realiza un ensayo de dureza Vickers empleando una carga de 30kg se obtendr el mismo valor de dureza si se cambia la carga, empleando siempre el mismo identador.Forma de expresar la dureza Vickers.440HV30 = dureza Vickers de 440 determinada bajo una carga de 30kg aplicada durante 10 a 15 segundos.440HV30/20 = dureza Vickers de 440 determinada bajo una carga de 30kg aplicada durante 20segundos.d) Ensayo de micro dureza.Para dureza en zonas muy pequeas, la dureza en los micro-constituyentes de un acero: ferrita o cementita, por ello la huella dejada por el identador debe ser muy pequea, las cargas de prueba varan generalmente entre 1 a 1000g. Micro dureza Vickers (ASTM E384).Para la prueba de micro dureza se puede utilizar el mtodo de micro dureza Vickers, que emplea un identador similar al del mtodo convencional. La micro-dureza se calcula empleando la misma frmula. Micro dureza Knoop.Tambin se puede determinar la microdureza de un metal empleando la dureza Knoop que utiliza un identador de diamante de forma piramidal, que presenta una diagonal larga y la otra corta a una razn aproximada de 7:1. La longitud de la diagonal ms larga de la huella (d) se mide pticamente, siendo el nmero de dureza Knoop (HK) determinando mediante la siguiente formula:

4.- Dureza elstica o dinmica.Un aparato muy empleado hasta hace pocos aos para medir la dureza elstica, fue el escleroscopio de Shore. Su principio se basa en dejar caer desde una determinada altura un pequeo martillo sobre el material a ensayar, parte de la energa de cada ser absorbida en producir la huella, por lo que el martillo retroceder, elevndose hasta una altura menor que la inicial de partida.Esta altura de rebote se toma como medida de la dureza elstica o al rebote, tal que cuanto mayor sea el rebote, mayor ser el nmero y la pieza a prueba ser ms dura. El valor de la dureza de Shore se lee en el dial del aparato de ensayo.IV.- MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR. Durmetro esttico electrnico Acero de composicin desconocida. Placa de acero inoxidable Placa de acero 1020 Identador de cono de diamante Identador de billa 1/16V.- PROCEDIMIENTO.-La superficie a ensayar debe estar limpia de xidos, grasas, pintura, etc.-La superficie tiene que ser plana y perpendicular al eje de aplicacin de la carga.-El espesor del material debe ser el suficiente de modo que no aparezca alguna protuberancia sobre la superficie opuesta a la de la impresin.-Calibrar el durmetro con la carga adecuada segn con que identador se trabaje para medir la dureza del material-La dureza se lee en el dial del durmetro segn la escala calibrada.VI.- RESULTADOS. Acero de composicin desconocida.LecturaDureza HRC

157,8

256,2

358,7

Promedio57,6

Placa de Acero 1020.LecturaDureza HRB

177,6

271,7

372,5

Promedio73,9

Placa de Acero inoxidable.LecturaDureza HRB

187,5

288,8

385,5

Promedio87,3

VII.- CONCLUSIONES. Se conoci las normas de ensayo de dureza y los procedimientos para cmo realizarlo La importancia del ensayo de dureza es conocer bien las propiedades de los materiales y su resistencia para seleccionar en el diseo de mquinas o estructuras. Las durezas que se tomaron de los diferentes materiales sonMaterialDureza

Acero Desconocido57,6HRC

Acero 102073,9HRB

Acero Inoxidable87,3HRB

VIII.- REFERENCIAS BIBLIOGAFICAS. [Ciencia de los materiales para ingeniera]- Donald Askeland 3era Edicin. Cap. 6 Ensayos y propiedades mecnicas.CUESTIONARIO.1.- Qu datos nos proporcionan las pruebas de dureza? Para qu se emplean?El ensayo de dureza proporciona propiedades importantes del material como su resistencia y variacin de esa resistencia conforme vara la temperatura del medio; Esto es muy til al momento del diseo en seleccin de materiales para la fabricacin de mquinas.2.- Cmo influye el lmite elstico del material en esta prueba? El mdulo de elasticidad?Para poder realizar este ensayo a la carga que se aplica debe vencer el lmite elstico para poder dejar huella en la probeta y de esta forma calcular la dureza de la misma.El mdulo de elasticidad es la constante de Young que determina la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin.3.- De qu depende la dureza?La dureza del material depende de: Estructura del material. Porcentaje de otros elementos en la aleacin. De su mdulo de elasticidad.4.- Qu procedimientos se pueden aplicar para determinar la dureza, uno de ellos es el rayado?Existen diferentes procedimientos para medir dureza como: Dureza Rockwell. Dureza Vickers. Dureza Brinell. Micro-Dureza Knoop.Estos procedimientos se rigen bajo el concepto de resistencia a ser penetrados por otro cuerpo, tambin existen procedimientos de medicin de dureza mediante a la resistencia a ser rayados por otro cuerpo ms duro.5.- En las aleaciones la dureza aumenta con su acritud?, explique. (La acritud es consecuencia de los trabajos mecnicos o tratamientos trmicos). Explique con mayor detalle este concepto.La dureza en aleaciones aumenta debido a la presencia de otros elementos en su estructura; la acritud es el endurecimiento por deformacin se presenta durante la aplicacin de esfuerzos o cargas al material.6.- Cules son los rangos de medicin de dureza Brinell, Rockwell, Vickers?7.- Por qu la precarga? Para qu es y por qu se usa?La precarga es usada para eliminar la primera deformacin elstica en la probeta y as obtener una medicin de dureza ms precisa.8.- Listado de materiales en Ingeniera Mecnica valores aproximados.CermicosMaterialVickers, HVKnoop,HK

Acero para herramientas800850

Wc-Co20001400

Aluminia22001500

Carburo de silicio26001900

Carburo de titanio32002500

Diamante sintetizado100008000

Metales MaterialBrinell ,HBRockwell, HR

Aluminio recocido20

Aleaciones AL endurecidas9052B

Hierro colado17510C

Bronce10060B

Plomo4

Acero15085B

Titanio alta pureza20095B

Zinc30

9.- Tipos de dureza en materiales que se usan en Ingeniera Mecnica incluye polmeros. Dureza Brinell: Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas Dureza Rockwell se utiliza como punta un cono dediamante Rockwell superficial para la caracterizacin de piezas muy delgadas Dureza Rosiwal: se expresa como la resistencia a la abrasin medias en pruebas de laboratorio Dureza Shore se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. .Dureza Vickers Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular. Dureza Webster ;apto para piezas de difcil manejo como perfiles largosextruidos.10.- Formas de expresar dureza. Rockwell HRC HRB Vickers HV Brinell HB Knoop HK11.- Norma de micro dureza Knoop. Dnde se aplica este ensayo?Mediante la microdureza Knoop se puede determinar la dureza de elementos como el Cadmio, Plata, Cinc, Cobre, Nquel, Cromo, etc.12.- El escleroscopio de shore para qu sirve?Es un equipo que se utiliza para medir dureza dinmica o elstica su principio de funcionamiento es dejar caer un martillo desde cierta altura existir una energa que es absorbida expresada en altura y la dureza se lee en el dial de la mquina.13.- Cuadro de equivalencias de dureza.

14.- Realizar el formato de protocolo de prueba de dureza de traccin para el material de la pieza de su tema de investigacin.