universidad de santiago de chile

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
INGENIERÍA CIVIL EN MECANICA
PLAN 2012
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA
“LABORATORIO DE PROCESOS MECANICO“
CODIGO 15060
NIVEL 07
EXPERIENCIA C601
“MEDICIÓN DE DUREZA”
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Departamento de Ingeniería Mecánica
MEDICIÓN DE DUREZA
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.
acuerdo a normas, de diferentes materiales.
Brinell, Rockwell y Vickers de
-
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.
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.
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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.
En la práctica el diámetro de la huella se mide con un microscopio de taller, y la
HB se lee directamente en una tabla de la máquina, en la que se enumeran
valores diferentes de diámetro para varios valores de carga aplicada.
Para que los ensayos sean comparables para distintos materiales se ha
determinado una contante Q que relaciona la carga con el diámetro de la bolita.
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P
Carga del ensayo
Q=
=
D
2
(Diámetro de la bolita)2
Dependiendo del material se tienen las siguientes constantes:
MATERIAL
Acero
Bronce y latones
Aleaciones de aluminio
Aleaciones de plomo y estaño
CONSTANTE “Q”
30
10
5
2.5
Las bolitas utilizadas son de 10mm, 5mm, 2.5mm, 1.25mm.
La carga debe aplicarse dependiendo el material:
10 a 30 segundos para el hierro y acero.
30 segundos para bronces y latones.
3 minutos para las aleaciones de estaño, plomo y aleaciones ligeras.
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.
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El método Rockwell cuenta con penetrador cónico de diamante de 120º y bolas
de acero endurecido de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2 pulgas de diámetro. Siendo los más
utilizados:
Rockwell-C (Rc). Se utiliza para piezas templadas y duras, se emplea como
penetrador un cono de diamante tallado con un ángulo de 120°, con la punta
ligeramente esférica, con un radio de 1/64”.
Rockwell-B (RB). Se utiliza para materiales blandos, se emplea como elemento
penetrador una bolita de acero templado de 1/16”.
También se tiene:
Rockwell A, D, E, F, G, H, K, L, M, P, R, S, V.
Rosckwell superficial se emplea para piezas sumamente delgadas, utiliza cargas
de 15, 30 y 45 kgf. Sus escalas se designan con las letras N y T. la primera con
ensayos con diamante y la segunda con la bolita de 1/16”. Según la carga
empleada se designan las lecturas 15N, 30N, 45N y 15T, 30T, 45T.
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 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
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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.
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 y el método de verificación con patrones certificados.
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.
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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
Condiciones del ensayo.
7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1
Máquina de medir dureza con accesosrios.
7.2
Equipo portátil de medición de la dureza.
7.3
Pié de metro.
7.4
Microscopio de taller con accesorios.
8.- LO QUE SE PIDE EN EL INFORME
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
Tapas establecida por el DIMEC aplicando las disposiciones generales para la
confección del informe.
Las características técnicas de los instrumentos empleados en el laboratorio.
Descripción del método seguido.
Para cada medición de la dureza, presentar el resultado de la medición y la
equivalencia en las otras escalas de dureza.
Con los datos de la dureza resultante, identificar el tipo de material comercial
ensayado.
Un análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales.
La referencia bibliográfica.
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
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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.
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