UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
INGENIERÍA DE EJECUCIÓN EN MECANICA
PLAN 2002
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA “ MATERIALES “
CODIGO 15053
NIVEL 03
EXPERIENCIA E02
“MEDICIÓN DE DUREZA EN DIFERENTES MATERIALES”
HORARIO:MARTES:3-4-5-6
VIERNES : 7-8-9-10
1
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
MEDICIÓN DE DUREZA EN DIFERENTES MATERIALES
1.- OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al alumno con la metodología de medición de la propiedad mecánica de
dureza de los materiales y a partir de ésta información identificar las propiedades
mecánicas del material ensayado.
2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-
Efectuar ensayos de uso más frecuente de dureza. Brinell, Rockwell y Vickers de
acuerdo a normas, de diferentes materiales.
-
Comprobar la influencia de los componentes y condiciones de los materiales en
la Dureza.
3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Definición
Si bien es cierto que de la palabra dureza surge inmediatamente una propiedad
característica de cada material, su definición desde el punto de vista técnico es algo
compleja, pues para su cálculo se han adoptado procedimientos y fórmulas más o
menos empírica que pueden variar con las propiedades de los materiales ensayados, y
las diferentes combinaciones de estas propiedades influyen sobre el resultado obtenido
en mayor o menor grado, según sea el método a seguir.
2
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
En general la dureza puede definirse de acuerdo a los métodos más generalizados para
su obtención, con la mayor o menor resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o
penetrado por otro tomado como elemento de comparación.
La determinación de la dureza por cualquiera de los posibles procedimientos a adoptar,
nos dará una idea muy aproximada de la resistencia del material a la tracción y al
desgaste.
a) La Dureza Brinell
Se determina forzado a una esfera, de diámetro D, a penetrar en la
superficie de un material por medio de una carga conocida y midiendo el
diámetro de la huella d (o identación) dejada después de la prueba. El
número de dureza Brinell o simplemente al número Brinell, se obtiene
dividiendo la carga aplicada en kilógramos por la superficie real de la
huella, en milímetros cuadrados. La abreviatura es HB.
P
HB =
πD
(D-
D2
- d2
2
)
En donde HB es un número de dureza Brinell; P la carga aplicada en kgf;
D el diámetro de la esfera en mm.; y d el diámetro de la impresión en mm.
3
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
En la práctica el diámetro de la huella se mide con un microscopio de
mano de poco aumento, y la HB se lee directamente en una tabla en la
que se enumeran valores diferentes de diámetro para varios valores de
carga aplicada.
b) Ensayo Dureza, Método Rockwell
El método Rockwell difiere del de Brinell en que se determina la dureza en
función de la profundidad de la penetración, además la aplicación de la
carga total no es continua, debido a que actúan dos cargas diferentes.
Una denominada carga inicial Po, que es constante y otra adicional P1
cuyo valor variará con el penetrador utilizado.
Para la determinación de la dureza Rockwell no es necesario aplicar
fórmula alguna, sino que se obtiene directamente sobre el dial indicador de
la máquina de ensayo.
El método Rockwell cuenta con penetrador cónico de diamante de 120º y
bolas de acero endurecido de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2pulgas de diámetro.
c) Ensayo Dureza Método Vickers
La determinación de la dureza Vickers es semejante a la de Brinell, pues
se calcula dividiendo la carga aplicada por la superficie de la huella
producida; sin embargo, se diferencia de ésta por el valor de la carga, que
4
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
podríamos considerar muy pequeña, y el penetrador, que en este caso es
una punta de diamante en forma de pirámide de base cuadrada con un
ángulo en el vértice de 136º
HV = 1,854 P
d2
Donde d es el promedio de las dos diagonales de la impresión dejada por
el penetrador piramidal en la superficie de la probeta, en mm.
d =
d 1 + d2
2
d) Condiciones de Ensayo
Para tener valores confiables en un ensayo de dureza, deben seguirse las
prescripciones siguientes:
-
Las caras de las probetas ensayadas estarán perfectamente planas
y paralelas; deberán estar bien pulidas para poder observar con
claridad el contorno de la impresión, y al prepararlas se evitará todo
calentamiento que pueda dar lugar al desarrollo de tensiones en el
material.
-
La probeta no debe moverse durante el ensayo, para lo cual es
necesario que apoye perfectamente sobre el soporte y que la carga
actúe normal a su superficie.
-
El centro de una impresión y el borde de la probeta deben distar
por lo menos 2d y del centro de otra impresión 3d.
-
Después del ensayo la cara opuesta a la impresión no debe
presentar marcas.
-
La carga deberá mantenerse entre 10s y 30s según sea la
característica del material.
5
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
4.- MÉTODO A SEGUIR
4.1 El profesor explica al alumno el principio de funcionamiento y de operación de la
máquina universal para medir dureza.
4.2 El profesor muestra a los alumnos que la probeta a medir cumpla con las
especificaciones requeridas para evaluar la dureza; esto es, comprobar su paralelismo,
su tamaño y su calidad superficial.
4.3 Se establece la forma de medición, definiendo la carga a ocupar e instalando la
probeta y el penetrador en la máquina.
4.4 Se procede a aplicar la carga sobre la probeta durante 30s con el fin de asegurar que
ocurra la deformación plástica.
4.5 Se retira la carga de la probeta y se procede a medir la huella dejada por el indentador
en la probeta.
4.6 Con esta información se procede a cuantificar el valor de la dureza resultante a través
de tablas o usando la ecuación correspondiente.
5.- VARIABLES A CONSIDERAR
5.1 Carga aplicada
5.2 Tiempo de aplicación de la carga.
5.3 Tipo de indentador.
5.4 Tipo de material de la probeta.
5.5 Características dimensionales y superficiales de la probeta.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1
Propiedades mecánicas de los materiales.
6.2
Dureza y microdureza.
6.3
Métodos de medición de la dureza.
6.4
Escalas de equivalencia de la dureza
7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1
Máquina de medir dureza Rockwell.
7.2
Equipo portátil de medición de la dureza.
7.3
Pié de metro.
7.4
Microscopio de taller.
6
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
7.5
lupa graduada.
8.- LO QUE SE PIDE EN EL INFORME
8.1 Las características técnicas de los instrumentos empleados en el laboratorio.
8.2 Descripción del método seguido.
8.3 para cada medición de la dureza, presentar el resultado de la medición, la
incertidumbre en el resultado y la equivalencia en las otras escalas de dureza.
8.4 Con los datos de la dureza resultante, identificar el tipo de material comercial
ensayado.
8.5 Un análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales.
8.6 La referencia bibliográfica.
8.7 El apéndice con:
a.1. Desarrollo de los cálculos.
a.2. Presentación de resultados.
a.3. Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA
a) Apraiz, J. “Tratamientos Térmicos de los Aceros” Editorial DOSSAT.
b) Davis, H.E. “ Ensayo e Inspección de los Materiales en Ingeniería” Editorial
CECSA.
c) Studemann, H. “Ensayos de Materiales y Control de defectos en la Industria del
Metal” Editorial URMO.
d) Keyser, C.A. “Técnicas de Laboratorio para Pruebas de Materiales” Editorial
Limusa Willey.
7