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Medicin de la dureza Brinell
Universidad Tecnolgica de Panam Facultad de Ingeniera
Elctrica
Ciencias de los Materiales II Laboratorio N1
MEDICIN DE LA DUREZA BRINELL
Jorge A. Gonzlez 4-762-1799 Jonathan Goti 8-877-670 Ulises
Jimnez 4-764-1794
Fredick Morn 2-727-358
Profesor: Jovanny Das
Instructora de laboratorio: Ammie De La Cruz
Lic. En Ingeniera Electromecnica
Grupo 1IE 141 (B)
21 de junio de 2013
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1 Medicin de la dureza Brinell
I. Objetivos
1. Aprender a manejar la instrumentacin para realizar ensayos de
dureza. Donde el estudiante se
familiarizar con equipos de ensayos de dureza Brinell.
2. El estudiante observar el comportamiento de los diferentes
materiales bajo las distintas circunstancias
de carga aplicadas.
3. Identificar las partes de un durmetro (para la medicin de la
dureza Brinell).
4. Aprender a determinar el dimetro de la huella mediante un
microscopio.
II. Introduccin
La fabricacin de materiales y piezas de diferentes metales para
la utilizacin en distintas reas
hacen que estn expuestos a condiciones de fracturas, fatigas o
fallas prematuras. En la industria se
requiere minimizar estas condiciones ya que afectan la
confiabilidad del fabricante; por esta razn es
de gran importancia disponer de la informacin de las diferentes
piezas o materiales para evaluar el
diseo, el comportamiento y los efectos del material bajo
condiciones controladas, las cuales se
pueden evaluar y verificar a travs de pruebas de laboratorio y
de campo.
Una de las pruebas de laboratorio ms utilizadas para la
evaluacin de los materiales es el ensayo
de dureza. Este ensayo permite analizar las propiedades de los
componentes microestructurales del
material, adems de que no permite que el material de muestra se
dae, lo hace ser uno de los
ensayos ms simples y confiables para el control de calidad de
los materiales.
III. Marco Terico
La dureza es una cualidad superficial del cualquier material
utilizado en ingeniera, sin embargo la
dureza no es una propiedad de la materiales difcil encontrar una
definicin al trmino de dureza, pero
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2 Medicin de la dureza Brinell
muchos libros las definen de distintas formas y normalmente esa
definicin depende del mtodo utilizado
para identificar su valor, algunas de estas definiciones
son:
1) Resistencia a la identacin permanente bajo cargas estticas o
dinmicas (dureza por
penetracin).
2) Absorcin de energa bajo cargas de impacto o dinmicas (dureza
por rebote).
3) Resistencia a la abrasin (dureza por desgaste).
i Resistencia al rayado (dureza por rayado).
Los ensayos de dureza se utilizan para darle un valor a esta
cualidad del material, existen muchos
ensayos de dureza que se pueden utilizar, cada uno en una escala
distinta, pero todos consisten en
producir una deformacin plstica local, en el materi al al cual
se le realiza la prueba, a travez de un
penetrador o identador. Para que un valor de dureza pueda ser
utilizado este debe mencionar el tipo de
ensayo y el mtodo utilizado, esto se debe a que cada mtodo
utilizado utiliza valores distintos ya que el
mtodo y las condiciones de ensayo son distintos.
Existen dos formas de obtener la dureza de un material,
utilizando ensayos dinmicos o ensayos estticos,
segn el caso que ms convenga, el tipo de ensayo que se estudiar
en esta experiencia de laboratorio
es el ensayo de dureza Brinell, el cual es un ensayo esttico que
se le realiza al material este ensayo
consiste en forzar una esfera de acero duro aproximadamente de
10 mm, contra la superficie del
material a utilizar, se mide el dimetro de la huella dejada por
el penetrador que por lo regular es de 2
a 6 mm y se calcula el nmero de dureza de Brinell a partir de la
siguiente ecuacin.
=2
[22] Ecuacin 1
Donde:
F es la fuerza aplicada al material.
D es el dimetro del penetrador que por lo general es de 10
mm.
D es el dimetro de la huella dejada en el material a evaular
IV. Procedimiento
1. Coloque el plato porta-muestra.
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2. Coloque el indentmetro de 10 mm.
3. Coloque el primer material de prueba para el ensayo.
4. Realice tres pruebas con tres fuerzas diferentes con un
tiempo de 60 segundos cada una.
5. Con ayuda del microscopio encuentre el dimetro de penetracin
en el material.
6. Busque la dureza Brinell, mediante la frmula y la otra con
ayuda de las tablas (en la parte de
los resultados muestre los clculos matemticos y mencione en que
tabla encontr la dureza
brinell).
7. Repita los pasos anteriores utilizando el material requerido
y las 3 monedas.
8. Muestre los resultados en una tabla.
9. Realice el anlisis de datos comparando los resultados
obtenidos de la dureza Brinell por formula
y por tabla. Despus, compare los resultados generales para los 3
diferentes materiales.
a. Lista de Materiales Durmetro (unidad EEDB)
Indentmetro de 10 mm de dimetro.
Plato porta-muestra plano de 200mm.
2 bloques de ensayo
Microscopio porttil
3 monedas de la misma denominacin.
V. Resultados
Luego de realizar el procedimiento correspondiente para realizar
el ensayo de dureza, los dimetros de
la huella se muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Datos de las huellas del penetrador en los distintos
materiales a evaluar.
Para calcular el valor de la dureza Brinell, se debe utilizar la
ecuacin 1 mostrada anteriormente y las
tablas proporcionadas por el instructor de laboratorio,
comenzaremos con el disco de metal. Hay que
tomar en cuenta que el penetrador tiene un dimetro de 10 mm.
Para 250 kgF:
=2 250
10[10 102 1.3452]= 175.15
Para 1500 kgF:
Plato(disco) Placa Moneda
250 kgF 1.345 mm 1.6 mm 2.605 mm
1500 kgF 3.0 mm 3.8 mm 5.31 mm
3000 kgF 4.05 mm 5.2 mm 7 mm
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=2 1500
10[10 102 32]= 207.31
Para 3000 kgF:
=2 3000
10[10 102 4.052]= 222.89
Continuaremos con la placa de metal:
Para 250 kgF:
=2 250
10[10 102 1.3452]= 123.53
Para 1500 kgF:
=2 1500
10[10 102 32]= 127.31
Para 3000 kgF:
=2 3000
10[10 102 4.052]= 130.96
Monedas de 25 centavos:
Para 250 kgF:
=2 250
10[10 102 1.3452]= 46.09
Para 1500 kgF:
=2 1500
10[10 102 32]= 62.56
Para 3000 kgF:
=2 3000
10[10 102 4.052]= 66.81
Segn los datos obtenidos por tabla, teniendo en cuenta que para
las fuerzas de 250 kgF, 1500 kgF y
3000 kgF se utilizaran las columnas de 2.5, 15 y 30
respectivamente dependiendo del dimetro de la
huella.Lla dureza para el disco metlico cuando se aplican las
fuerzas correspondientes son:
Para 250 kgF, el dimetro de la huella no se encuentra en la
tabla por lo tanto el resultado no es
concluyente.
Para 1500 kgF la dureza Brinell es de 207 HB obtenido de la
tabla 3 de dureza.
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5 Medicin de la dureza Brinell
Para 3000 kgF la dureza Brinell es de 223 HB obtenida de la
tabla 7 de dureza.
Para la placa de acero los resultados fueron:
Para 250 kgF, el dimetro de la huella no se encuentra en la
tabla por lo tanto el resultado no es
concluyente.
Para 1500 kgF la dureza Brinell es de 127 HB obtenido de la
tabla 6 de dureza.
Para 3000 kgF la dureza Brinell es de 131 HB obtenida de la
tabla 12 de dureza.
Para la moneda los resultados fueron:
Para 250 kgF, la dureza Brinell es de 46.3 HB obtenida de la
tabla 1 de dureza.
Para 1500 kgF la dureza Brinell es de 62.6 HB obtenido de la
tabla 12 de dureza.
Para 3000 kgF, el dimetro de la huella no se encuentra en la
tabla por lo tanto el resultado no es concluyente.
Los resultados finales se muestran en la tabla 2, 3 y 4
respectivamente para cada material
estudiado.
Tabla 2. Resultados obtenidos para el disco de metal.
Disco metlico d(mm) HB(formula) HB (tabla)
250 kgF 1.345 175.15 ----------------------
1500 kgF 3.0 207.31 207
3000 kgF 4.05 222.89 223
Tabla 3. Resultados obtenidos para la placa metlica.
Placa metlica d(mm) HB(formula) HB (tabla)
250 kgF 1.6 123.53 ----------------------
1500 kgF 3.8 127.30 127
3000 kgF 5.2 130.96 131
Tabla 4. Resultado de dureza para las monedas.
Monedas d(mm) HB(formula) HB (tabla)
250 kgF 2.605 46.06 46.3
1500 kgF 5.31 62.56 62.6
2751 kgF 7 66.81 ------------------------
*Hay que tener en consideracin que no se utiliz los 3000 kgF
porque se deform la moneda.
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VI. Anlisis de datos
1) Disco metlico (tabla #2)
Para el disco metlico podemos observar que para el primer
resultado mostrado en tabla #1 se
cuenta con el valor obtenido por la ecuacin de dureza, sin
embargo no se compar con ningn
valor debido a la falta del mismo en la tabla proporcionada por
la instructora de laboratorio.
Analizando para los 1500 Kgf y 3000Kgf de la tabla #1 podemos
notar que los valores
obtenidos por ecuacin y por la tabla (suministrada en clase para
realizar la comparacin) son
bastante cercanos entre si mostrando un error de menos del 1%
para ambos casos.
En este caso, los resultados de dureza brinell del material para
las ultimas 2 pruebas tienen un
error menor que en la primera prueba, debido a los problemas que
existi en la medicin del
dimetro de la huella.
2) Placa metlica (tabla # 3)
Para el caso de la placa metlica se cuenta con una conclusin muy
similar a la del disco metlico
en cuanto a resultados se refiere.
Para el primer caso observamos que por ecuacin se logra llegar a
un valor, sin embargo no se
puede comparar contra ningn otro debido a la falta de una dureza
para el dimetro en la
tabla suministrada en clase. Para los dos resultados mostrados
en la tabla #2 se puede observar
que ambos valores tanto por ecuacin y tabla (suministrada en
clase por la instructora) son
bastante cercanos entre s, los mismos muestran tambin errores
menores al 1%.
Para esta placa, las mediciones fueron ms fciles debido a que
los dimetro de la huella se
podan leer ms fcilmente, por lo tanto la dureza de los tres
ensayos son bastante parecidos,
por lo tanto el ensayo fue bastante satisfactorio.
3) Monedas (tabla # 4) Para los datos obtenidos en la tabla #3
referente a las monedas puestas a prueba podemos
concluir que la comparacin de los valores por ecuacin y por
tabla (suministrada por la
instructora) para los tres diferentes tipos de fuerzas aplicadas
sobre ellas cuenta con una
diferencia bastante pequea, esto certifica nuestros
resultados.
De forma general diramos que los valores encentrados en la tabla
de dureza (suministrada por
la instructora) son correctos o lo bastante aproximados a lo que
se obtiene al momento de
realizar cualquier prueba con un objeto determinado.
En el ensayo que se realiz a las monedas, los resultaron no son
muy concluyentes, debido a que
que segn las normas que rigen estos ensayos, dictan que la
muestra a evaluar no se debe
deformar, por lo tanto en el ensayo de 3000 kgF, la moneda se
deform por lo tanto el resultado
tiene un error considerable. Inclusive el dimetro de la huella
medido no est en el rango de 2 a
6 mm que segn el askeland, es el rango ms comn de dimetro de la
huella dejada por el
penetrador.
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7 Medicin de la dureza Brinell
a. Investigaciones
1) Explique por qu la dureza Brinell es un ensayo esttico.
Segn la definicin la prueba de dureza Brinell se considera
ensayo esttico, debido a que la carga
aplicada al material se realiza de manera esttica y sobre todo
porque esta carga se aplica de
forma lenta utilizando un penetrador en forma circular.
2) Mencione 2 tipos de dureza que son considerados como ensayos
dinmicos.
En las prueba de dureza dinmica la carga se aplica en forma de
impacto es decir, el ensayo es mas
rpido que los ensayos dinmicos, en estos podemos encontrar el
mtodo de poldi, tambin conocido
como Brinell de taller y otro ensayo dinmico que se utiliza los
ensayos de dureza por rebote o
mtodo Shore.
3) Si el material de prueba tiene poca profundidad, en que
afectara al ensayo?
Si la profundidad, del material a evaluar tiene que tener un
espesor con una profundidad los
suficientemente alta, porque la profundidad de la huella puede
ser mayor al espesor de la muestra. Y
estaramos midiendo la dureza de otro material.
4) Realice una comparacin del durmetro Brinell y el durmetro
Rockwell.
En los ensayos estticos, existen 2 ensayos que son ms comnmente
escuchados, son los ensayos Brinell y
Rockwell, pero cul es la diferencia entre ambos. Ambos miden la
dureza en funcin del grado de
penetracin del material a causa de un identador bajo una carga
esttica dada, pero en el ensayo de
Brinell se utiliza un identador en forma circular cuyo material
normalmente es de tungsteno, se utiliza el
dimetro de la huella dejada por el penetrador para aplicarlo en
una formula y obtener el valor de la
dureza. Se pueden aplicar cargas bastantes grandes. En el caso
del durmetro rockwell las cargas que se
aplican son menores y los penetradores son pequeos y son de
forma de cono de diamante o bolilla de
acero y el durmetro tendra un elemento ms, un dial indicador que
seala el valor de la dureza, por lo
tanto no se requiere de una formula.
5) De la siguiente imagen, encuentre las partes del
durmetro.
Las partes del durmetro, se
muestran a continuacin:
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8 Medicin de la dureza Brinell
Ilustracin 1. Panel de control del durmetro de Brinell
1. Pantalla de digital
2. Panel de trabajo o control. 3. Penetrador o identador.
4. Portamuestra.
5. Rueda.
6. Rosca de ajuste 7. Cable de conexin.
8. Interruptor de encendido/apagado.
9. Enchufe. 10. Carcaza.
VII. Recomendaciones
Para obtener resultados ms precisos es necesario un microscopio
que cuenta con una linterna
ya que facilitar obtener la medicin correcta o aproximadamente
cercana al valor real al
momento de medir el dimetro generado por la penetradora.
Suministrar una tabla ms general para la poder encontrar y
comparar los datos que en sta experiencia de laboratorio no han
sido comparados por la falta de los mismos.
VIII. Referencias
a. Bibliografa
Askeland D, Phul P. Ciencia e ingeniera de los materiales.
International Thompson Editores, S.A, 2004, pp 595.
Kirnosov V. Medicin de fuerza y dureza. Edit. Pueblo y Educacin.
La Habana. 1985.
b. Infografa Ensayo brinell, obtenido de e-ducativa, obtenido el
18 de enero del 2015.
IX. Anexo
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9 Medicin de la dureza Brinell
Ilustracin 2. Prueba de dureza realizada al disco metlico
Ilustracin 3. Durmetro de Brinell utilizado en la experiencia
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10 Medicin de la dureza Brinell
Ilustracin 4. Prueba realizada a la placa de metal, donde se
puede apreciar el penetrador circular utilizado.
Ilustracin 5. Lectura de la huella dejada por el penetrador para
para calcular su dureza
