UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENERIA FISICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL CURSO: Ciencia e Ingeniería de Materiales TEMA: Dureza Vickers (INFORME N°5) PROFESOR: Díaz Saravia, Jean Carlo GRUPO: “4” INTEGRANTES: • • • • • • • • • Apaza Saavedra, Gabriel Tadeo Chuman Avila, Victor Joel Cochon Oviedo, Ximena Alessandra Flores Zavala, Miguel Angel Galdos Postigo, Alexandra Maria(Encargada del grupo) Navinta Ticona, Taella Zulieth Ponce Pichuilla, Julio César Vélez Soto, Paola Arianne Villanueva Aquino, William AREQUIPA_PERU 2020 ÍNDICE GENERAL I. GLOSARIO: .............................................................................................................. 1 II. OBJETIVOS .............................................................................................................. 2 III. MARCO TEÓRICO: .................................................................................................. 3 IV. MATERIALES DE TRABAJO .................................................................................. 4 Materiales ..................................................................................................................... 4 Herramientas ................................................................................................................ 5 Equipo .......................................................................................................................... 6 V. PROCEDIMIENTO: .................................................................................................. 7 VI. RESULTADOS Y ANÁLISIS:................................................................................... 8 VII. CONCLUSIONES: ........................................................................................... 11 VIII. RECOMENDACIONES:................................................................................... 11 IX. ANEXOS ................................................................................................................. 11 ANEXO 01: DEFORMACIONES DE LAS HUELLAS EN EL ENSAYO………….11 ANEXO 02: DATOS IMPORTANTES DEL ENSAYO DE DUREZA VICKERS….12 ANEXO 03: EJERCICIOS ADICIONALES VICKERS……………………………12 X. BIBLIOGRAFIA: ..................................................................................................... 13 I. GLOSARIO: A Aceros………………………………...3, 4 Probeta…………………………4, 5, 8, 11 Aleación………………………………... 4 Pieza………………………………3, 6, 11 ASTM……………………………….…...3 Piseta………………………………….5, 6 Aumento………………………………....6 D Dureza Vickers…...2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 R Resistencia……………………………3, 4 S SAE………………………………...4, 8, 9 Desmineralizada………………................5 Desgaste………………………………3, 7 Desgarro…………………………………7 E Equipos de protección personal (EPP)…..7 Ensayo………6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 I Indentador……………………...…3, 6, 11 L Lija………………………………………5 P Promedio……………………………… 10 1 II. • OBJETIVOS Conocer el método Vickers para determinar dureza de metales y aplicarlo en ésta práctica. • Identificar las partes del microscopio para visualizar la huella. • Realizar los cálculos necesarios para hallar la dureza Vickers del material. 2 III. MARCO TEÓRICO: DUREZA VICKERS: Se ha encontrado que las pruebas de dureza Vickers y Knoop son muy útiles para la evaluación de materiales, el control de calidad de los procesos de fabricación y los esfuerzos de investigación y desarrollo. La dureza, aunque de naturaleza empírica, puede correlacionarse con la resistencia a la tracción para muchos metales, y es un indicador de resistencia al desgaste y ductilidad. (ASTM E 92-17, 2017) En este caso se emplea como cuerpo de penetración una pirámide cuadrangular de diamante. La huella, vista desde arriba es un cuadrado. El procedimiento es apropiado para aceros nitrurados y cementados en su capa externa, así como para piezas de paredes delgadas, de acero o metales no férreos. (Appold, Feiler, Reinhard, & Schmidt, 1985) Figura 1: Indentador pirámide cuadrangular de diamante. La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza F (en N) y de la superficie A (en ) de la huella de la pirámide según la fórmula: = . ∗ ; = 1.8544 3 La diagonal d es el valor medio de las diagonales de la huella 1 y 2. La simbolización es: 478 HV 50/30: Significando: 478 (dureza Vickers), 50 (valor numérico de la fuerza en N dividida por 0.102 o sea 50/0.102=490 N), 30 (duración de la compresión en segundos) (DIN 50133, 1985) IV. MATERIALES DE TRABAJO Materiales • Probetas cilíndricas de 1” de diámetro de los siguientes metales: o Acero SAE 1020. Es un acero de bajo contenido de carbono, fácil mecanizado y buena soldabilidad. De baja dureza para usos convencionales de baja exigencia. Cuando se requiere una superficie muy dura pero con un centro tenaz. o Acero SAE 1045. Es un acero grado ingeniería de aplicación universal que proporciona un nivel medio de resistencia mecánica y tenacidad a bajo costo con respecto a los aceros de baja aleación. o Aleación de Bronce. El bronce es una aleación de cobre y estaño, en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del tres al veinte por ciento. Puede incluir otros metales. 4 Imagen 1: Probetas cilíndricas Herramientas • Lijas al agua N° (100, 220, 400, 600 y 1000). Se trata de productos abrasivos que necesitan estar en contacto con el agua, antes del lijado, para tener un mejor desempeño, estas lijas se clasifican según al número de grados y las que usaremos en la práctica son: N° (100, 220, 400, 600 y 1000). Imagen 2: Papel de Lija al agua • Piseta con agua. Es un frasco cilíndrico de plástico o de vidrio con pico largo, que se utiliza para contener algún solvente, por lo general agua destilada o desmineralizada. 5 Imagen 3: Piseta Equipo • Indentador En este ensayo de dureza utilizaremos un indentador esférico de carburo tungsteno de 2.5mm. • Plataforma Sirve para situar la muestra o la pieza a la que se le va a tomar la dureza. • Lente de aumento El principal objetivo de este material es aumentar el tamaño de la pieza que se realizó la dureza para así poder tener datos más cercanos al real. Imagen 4: Máquina para ensayo Vickers 6 Equipo de protección personal • Lentes de protección Son un tipo de anteojos protectores que normalmente se usan para evitar la entrada de objetos, agua, o algún producto químico a los ojos. • Mandil protector Es una prenda protectora externa que cubre principalmente el frente del cuerpo, puede utilizarse por razones higiénicas o para proteger la ropa contra el desgaste y el desgarro. • Zapatos de seguridad Es un calzado especial que se suele utilizar en diferentes actividades laborales como equipo de protección personal, diseñado para resguardar a los laborantes de diferentes riesgos destinados a la protección de dedos de los pies. Imagen 5: EPP V. PROCEDIMIENTO: En el siguiente segmento de nuestro informe nos encargaremos de mencionar los hechos realizados en esta práctica, la cual es bastante similar a la práctica pasada que se realizó sobre el ensayo de dureza brinell. Ahora se hablará del ensayo de dureza vickers el cual es un ensayo de dureza por penetración que utiliza un identador piramidal de diamante este ensayo es para identificar durezas muy altas en los materiales y también es un ensayo destructivo. Pasamos a observar los dos vídeos complementarios para la práctica, el primero donde nos explican a profundidad las características, ecuaciones que vamos a utilizar 7 para hallar resultados (este también es un ensayo que nos da resultados indirectos). En el segundo video se nos mostró el proceso con el que se realiza este ensayo y para no redundar es bastante parecido a el ensayo brinell, ya que todos estos ensayos son para hallar la dureza de los materiales solo que se tienen diferentes ensayo para distintos tipos de materiales y también para que se encuentre una diversidad y no dependamos de un solo ensayo. Casi al final de la práctica el ingeniero nos explicó los cuidados y precauciones que debemos tener en nuestro informe. VI. RESULTADOS Y ANÁLISIS: Resultados PROBETA DATOS DIAGONAL 1 (mm) DATOS DIAGONAL 2 (mm) PROM CARGA CARGA HV ACERO SAE 1020 0.625 0.58 0.60 0.61 0.59 ACERO SAE 0.53 0.54 0.54 0.46 0.61 0.62 0.62 0.61 DIAG Kgf N 0.60 0.6 30 294.20 154.53 0.53 0.50 0.515 30 294.20 209.75 0.61 0.61 0.6125 30 294.20 148.29 1045 BRONCE Tabla 1: Dureza Vickers de los materiales ensayados A continuación, colocaremos la notación: • Notación de la dureza del acero SAE 1020 NOTACION: 154 HV 30 • Notación de la dureza Vickers del acero SAE 1045 NOTACION: 209 HV 30 • Notación de la dureza Vickers del bronce NOTACION: 148 HV 30 Análisis del resultado 8 En los resultados obtenidos la dureza Vickers del acero SAE 1045 es mayor a la del acero SAE 1020, y la dureza vickers del bronce es de 148. Actividades Encargadas 1. ¿Por qué se debe usar el factor de conversión antes de usar las diagonales en la ecuación? Porque así tendríamos una lectura precisa del penetrador, los estándares del ensayo de dureza Vickers prescriben una anchura diagonal mínima de 20 µm. 2. ¿Qué es la microindentación Vickers? ¿Para qué se usa? -Se conocen como pruebas de macro o micro dureza, debido a que las medidas de las indentaciones son del orden de milímetros o micrones. -Se utilizan en gran medida para estudiar los cambios de escala finos en la dureza. 3. ¿Se puede utilizar este ensayo para materiales no metálicos? Si/No ¿Por qué? -El ensayo de dureza Vickers se recomienda para materiales con durezas superiores a 500 HB. -Los ensayos Brinell y Vickers proporcionan resultados muy parecidos hasta un valor de 300 HB. -A partir de los 300 HB la deformación de la bola puede falsear los resultados obtenidos mediante el ensayo Brinell, por lo que se recomienda usar el ensayo Vickers a partir de los 300 HB. -Entonces los no metales no pueden ser aplicados en los ensayos de dureza Vickers, Porque los ensayos de dureza Vickers solo se usa para los materiales con una dureza superior a 500HB y los nos metales son menores a esa dureza. 9 4. Determine la dureza Vickers de un material que al ser ensayado con una carga de 500 N se obtuvo una huella promedio de 322 µm. DATOS: F=500 N → 50,986 Kp d=322 → 0,322 mm = 1,8544 = 1,8544 = 911,69 50,986 0,322 $% 5. Determinar la longitud de las diagonales de la huella que dejara el penetrador sobre un material de dureza 630HV50. DATOS: HV=630 Kp/mm2 F=50 Kp d= ? = 1,8544 =& =& 1,8544 1,8544 50 630 = 0,3836 10 VII. CONCLUSIONES: • Distinguir el ensayo de dureza vickers de entre los demás ya practicados para conocer las ventajas que tiene a diferencia, y así estar seguro de cuándo y por qué lo vamos a utilizar. • El indentador en el ensayo vickers tiene que ser capaz de hacer una huella a cualquier tipo de material y también una huella geométricamente similar, por consiguiente la dureza vickers es uno de los ensayos más precisos. • En esta práctica aprendimos a obtener la dureza a través del método de Vickers, en tres ensayos diferentes, sin embargo en el caso del bronce el valor no se aproxima al valor estándar, esto debido a que al momento de ligar la probeta esta no se encontraba de manera plana, por consiguiente con algunas imperfecciones por lo cual no se obtuvo el valor deseado. VIII. • • • • • • • RECOMENDACIONES: Tener en cuenta la configuración predeterminada del durómetro para el ensayo Vickers como el enfoque, el tiempo que se emplea y la fuerza que se aplica. Siempre tener la probeta en buen estado, con todos sus lados lisos y paralelos, sin ningún rayón o cualquier otra desigualdad, ya que puede perjudicar el ensayo. Ver cuidadosamente el enfoque de la pieza para prevenir fallas en nuestro ensayo Elegir el tipo de indentador diamante respecto a la tabla de clasificación en la cual nos indica la clase de indentador diamante que se utiliza dependiendo el material de la probeta. Al momento de que el indentador toque la probeta, tratar de ajustar la posición de la probeta, podremos ver si está alineado o en una buena posición. Después de que la máquina termine el ensayo, ver cuidadosamente y ajustar las líneas del enfoque para así tener las medidas de las diagonales que están en la probeta, ya sean horizontales y verticales, sin olvidar de guardar los datos. Al término del ensayo tener mucho cuidado al retirar cada pieza empleada, especialmente partes del durómetro, pueden ser muy costosas y frágiles en algunos casos. IX. ANEXOS ANEXO 01: DEFORMACIONES DE LAS HUELLAS EN EL ENSAYO Tomando en consideración las huellas de los indentadores podemos notar en la sección transversal disminuye como una deformación plástica acumulada, teniendo una sincronización, sin embargo en la sección longitudinal también disminuyen pero aumentando su diferencia hasta un 5% en el acero B7. 11 En las superficies de la huella Vickers la deformación plástica superficial a lo largo del perímetro de contacto no es uniforme, siendo mucho menor en las esquinas de la huella debido al constreñimiento impuesto por la forma del penetrador. En la sección transversal la deformación plástica es igual en los cuatro lados de la huella, mientras que en la longitudinal a medida que aumenta la anisotropía del acero el apilamiento es mayor hacia los extremos de la diagonal perpendicular a la dirección de trefilado, provocando que aumente la diferencia entre diámetros. ANEXO 02: DATOS IMPORTANTES DEL ENSAYO DE DUREZA VICKERS Imagen 6: Datos Vickers ANEXO 03: EJERCICIOS ADICIONALES VICKERS 1.- Un determinado material, cuyas dimensiones 1 = 0,24 ' 2 = 0,26 con una fuerza de 10kp, ¿Cuál será la dureza Vickers?. = = = 1+ 2 = 0,24 + 0,26 / 2 . 2()*68 1,8544 . = = . ,,-.. , - ,,-.. , / - 12 = 0,25 = 296,7 2.-Se realiza un ensayo de dureza Vickers a una muestra metálica obteniéndose un valor de 388 1%/ .¿Cual es el valor de la diagonal de la huella en el ensayo Vickers, sabiendo que se aplica una carga de 800kp? = =& =& X. • • • • • • 1,8544 . 1,8544 . 1,8544 . 800 = 1,95 388 BIBLIOGRAFIA: Microdaño por indentación aguda vickers en acero eutectoide progresivamente trefilado. (2014). Recuperado de: https://www.researchgate.net/profile/Jesus_Toribio/publication/242084503_MICROD ANO_POR_INDENTACION_AGUDA_VICKERS_EN_ACERO_EUTECTOIDE_P ROGRESIVAMENTE_TREFILADO/links/0deec529e73665cf77000000.pdf Ensayos de dureza de los materiales.(sin fecha). Recuperado de: https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn218.html Acerca del ensayo de dureza. (2001). Recuperado de: https://4c12442b-a-62cb3a1a-ssites.googlegroups.com/site/sergelio/assignments/equilibriosdeformaciondecomplejos /4.5.1%20%20Dureza.pdf?attachauth=ANoY7cpE7HWa1VFBFzEsaScjQI8DvJABKpf300E8S CUk1SeDsJYjpPfsB_TY_gEBZcJGrWqUiDSKtaCbr0RU3y5FPVvDfBs_NvDAsLY 2HXh5LCu2bmJiHWwDiqZ6cjTaHSkwIOX09p-m0PvAWmMaKv8CvbliljmvqCDvb8Eq9GMYrea6renWHLZAzcKy2i2IV5FtfApAFPo75iYE3 r1MWWAcoFG0oyip_CiBBm9sucvKJCgIqVqTmxPyKtzuO2OBEa9ZW7vYX4Ruw 2xDPfzGbQBZsL9ES_WRg%3D%3D&attredirects=1 Vickers-ensayo de dureza. (sin fecha). Recuperado de: https://www.struers.com/esES/Knowledge/Hardness-testing/Vickers#application Ensayo Vickers. (sin fecha). Recuperado de: http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4913/html/142_ensayo_v ickers.html Muñoz, P. (2020). Medición de Dureza. Retrieved 2 August 2020, from https://www.academia.edu/38742907/Medici%C3%B3n_de_Dureza 13 • • Sandra, D., & Andres, R. (2019). Dureza de brinell. Retrieved 2 August 2020, from https://www.researchgate.net/publication/332627453_Dureza_de_brinell Alfred, G. (2020). Ensayo de Dureza - Pruebas mecánicas sobre los materiales Acero,Bronce y Aluminio para los métodos Brinell , Rockwell y Vickers en el laboratorio — Steemit. Retrieved 2 August 2020, from https://steemit.com/stemespanol/@gerardoalfred/ensayo-de-dureza-pruebas-mecanicas-sobre-los-materialesacero-bronce-y-aluminio-para-los-metodos-brinell-rockwell-y-vickers 14
