UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERAESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA INDUSTRIAL

INFORME DE CLASE DE ENSAYOS DE DUREZA

CURSO:Ingeniera de materialesDOCENTE :Ing. Sofa TerronesALUMNO :Villarruel Daz Luis Jos AlfredoCICLO:V SECCIN : BFECHA : 09 de junio del 2015

TRUJILLO PER2015Por qu se puede cargar el peso de un camin de bomberos sobre cuatro tazas de cermica y, sin embargo, cuando se deja caer una de esas tazas al piso posiblemente se rompa con facilidad?Los cermicos son mucho ms resistentes a la compresin que a la tensin. Esta resistencia se debe a que cuando los cermicos, como el concreto, son sometidos a cargas de compresin, sus imperfecciones tienden a permanecer cerradas; contrario a lo que sucede cuando les son impuestas cargas de traccin. La razn por la cual las cuatro tazas de cermica pueden cargar el peso del camin se debe al mismo efecto de las imperfecciones. Y se rompen con facilidad por la tan limitada tenacidad mecnica que poseen los cermicos.

ENSAYOS DE DUREZASe define dureza como la mayor o menor resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o penetrado por otro o bien, de un cuerpo respecto a otro tomado como elemento de comparacin. La determinacin de la dureza por cualquiera de los posibles procedimientos a adoptar, nos dar una idea muy aproximada de la resistencia del material a la traccin, de la intensidad del tratamiento trmico y de su aptitud al desgaste y mecanizado.En la actualidad, se han generalizado los mtodos que permiten obtener la dureza de los materiales por la resistencia que oponen a la penetracin de otros ms duros en determinadas condiciones, dando lugar, esta penetracin, a una deformacin del material denominada impresin. El procedimiento mencionado es el empleado en la determinacin de la dureza Rockwell, Brinell y Vickers.

1. MTODO BRINELLPrueba de dureza por penetracin usando maquinas calibradas que ejercen una fuerza a un baln endurecido, bajo condiciones especificadas, sobre la superficie del material bajo prueba y midindose el dimetro de la huella resultante despus de suprimir la carga.

NUMERO DE DUREZA BRINELL. DB

Numero relacionado a la carga aplicada y el rea de la superficie de la huella hecha por un baln penetrador, calculado a partir de la siguiente ecuacin:

Donde:P: carga aplicada en N (kgf)D: dimetro del baln en mm.d: dimetro medio de la huella en mm.1 kgf es igual a 9.80665 N.

Se sabe experimentalmente que el nmero de dureza Brinell de casi todos los materiales est influenciado por la carga de penetracin, el dimetro del baln y las caractersticas elsticas del mismo. En general debe usarse un baln de 10 mm de dimetro y de una composicin qumica adecuada con cargas de 29420 N, 14710 N o 4903 N (3000 kgf, 1500 kgf O 500 kgf) dependiendo de la dureza del material que va a probarse. Aunque los nmeros de dureza Brinell pueden variar conforme la carga de prueba usada con el baln de 10 mm, cuando se usen balines ms pequeos en probetas delgadas, los resultados de las pruebas generalmente corresponden a los obtenidos con el baln de 10 mm de dimetro, cuando la relacin de la carga de prueba al cuadrado del dimetro del baln se mantiene constante.

l numero de dureza Brinell seguido del smbolo DB sin sufijos indica las siguientes condiciones de prueba.

Dimetro del baln = 10 mmCarga = 3000 kgfDuracin de la carga = 10 a 15 segundos.

APARATOS Y EQUIPOS

Mquina de prueba: El equipo para la prueba de dureza Brinell generalmente consiste de una mquina que soporta la probeta y aplica una carga predeterminada sobre un baln que est en contacto con la probeta.La magnitud de la carga est limitada dentro de ciertos valores. El diseo de la mquina de prueba debe ser tal que no permita un movimiento lateral del baln o de la probeta mientras se est aplicando la carga.

Penetrador: El baln estndar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10 mm de dimetro con una desviacin de este valor no mayor de 0.005mm en el dimetro. Puede usarse el baln que tenga una dureza Vickers de por lo menos 850 usando una carga de 98 N (10 kgf)en materiales que tengan una dureza no mayor de 450 DB o un baln de carburo de tungsteno en materiales con una dureza no mayor de 630 DB. La prueba de dureza Brinell no se recomienda en materiales que tengan una dureza mayor de 630 DB.El baln debe ser pulido y estar libre de defectos; en las pruebas de investigacin o de arbitraje debe informarse especficamente el tipo de baln empleado cuando se determinen durezas Brinell que sean mayores de 200.

Microscopio de medicinLas divisiones de la escala micromtrica del microscopio o de otros dispositivos de medicin que se usen para medir el dimetro de la huella, deben permitir una medicin directa en dcimas de milmetro con una aproximacin hasta 0.02 mm. Este requisito se aplica nicamente al diseo del microscopio y no es un requisito para la medicin de la huella.EspesorEl espesor de la probeta debe ser tal, que en la cara opuesta a la de la prueba no quede huellas u otras marcas de esta. En cualquier caso el espesor de la probeta debe ser cuando menos 10 veces la profundidad de la huella.AcabadoCuando menos la superficie sobre la cual se va a aplicar la carga debe estar limada, esmerilada o pulida con un material abrasivo, de tal manera que las orillas de la huella estn claramente definidas para permitir la medicin del dimetro con la exactitud especificada.

PROCEDIMIENTO

Magnitud de la carga de prueba: La carga para la prueba de dureza Brinell estndar es de3000kgf 1500kgf o 500kgf. Es deseable que la carga de la prueba sea de tal magnitud que el dimetro de la huella este entre 2.5 a 6.00 mm.No es obligatorio el que la prueba cumpla estos intervalos de carga pero debe tomarse en cuenta que pueden obtenerse diversos valores de Dureza Brinell si s varia la carga a la especificada usando un baln de 10 mm.Para materiales ms blandos en ocasiones se ocupan cargas de 250kgf, 125kgf o 100kgf. la carga usada debe anotarse en los informes.

Espaciamiento de las huellas: La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta o a la orilla de otra huella debe ser cuando menos tres veces el dimetro de la misma.

Aplicacin de la carga de prueba:La carga de prueba debe aplicarse a la probeta lenta y uniformemente. Aplicar toda la carga de prueba por 10 s a 15 s excepto para ciertos metales blandos (suaves.)

MEDICION DE LA HUELLA

DimetroEn la prueba deben medirse dos dimetros de la huella perpendiculares entre s. Y su valor promedio se usa como base para calcular el nmero de dureza Brinell, estas mediciones comnmente son tomadas con un microscopio porttil a bajos aumentos que tiene una escala fija en el ocular.

2. MTODO VICKERSIntroducida en 1925 por Sandland Vickers en Inglaterra, este ensayo de dureza se deriva directamente del mtodo Brinell. El ensayo Vickers es una prueba de dureza por penetracin, en la cual se usa una mquina calibrada para aplicar una carga por medio de un penetrador (identador) piramidal de diamante sobre la superficie del material bajo prueba. El ensayo consiste en hacer sobre la superficie de una probeta una huella con un penetrador en forma de pirmide recta de base cuadrada con determinado ngulo entre las caras opuestas, y medir las diagonales de dicha huella despus de quitar la carga.El penetrador (identador)

El penetrador es una punta de diamante con forma piramidal.

El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. La base de la pirmide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ngulo de 136.El buen estado de la punta del penetrador es de considerable importancia cuando la carga de prueba es pequea y la huella tambin, por esta razn se recomienda verificar peridicamente la punta del penetrador para evitar fallas.El nmero de dureza Vickers (HV) relaciona la carga aplicada y el rea de la superficie dejada por la huella despus de quitar la carga.

Donde:HV=Nmero de dureza de VickersP=Carga aplicada (kgf o N)d=Diagonal promedio entre caras del identador 136

La diagonal (d) es el valor medio de las diagonales de la huella (d1) y (d2).Condiciones de la prueba Las cargas aplicadas van desde 1 hasta 120 kgf. El tiempo de aplicacin de la carga de prueba completa debe ser de 10 a 15 segundos a menos que se especifique otra cosa. (En Espaa es de 30 s.) La distancia entre centros de huella es de 2 d. La carga debe ser perpendicular a la huella El espesor de la muestra debe ser 1 veces la diagonal de la huella. La carga de prueba debe aplicarse y retirarse suavemente sin golpes o vibraciones. La superficie de la probeta debe ser pulida, plana; estar limpia, homognea y libre de xido y lubricantes. Al preparar la probeta debe tenerse cuidado de no revenir la superficie durante el rectificado de la misma o de no endurecerla por trabajo mecnico durante el pulido. Se deben hacer 5 ensayos para obtener un valor promedio y la desviacin (ms aproximacin). Si la superficie es esfrica o cilndrica, se introduce un factor de correccin, obtenido de una tabla de relaciona la diagonal promedio entre el cuadrado del dimetro de la muestra. El valor obtenido en la tabla se multiplica por el valor de la dureza normal y se obtiene el HV corregido. Las tablas tienen valores para superficies cncavas y convexas.

Presentacin del resultado

Ventajas

Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros. Puede medirse dureza superficial (para determinar recubrimientos de los materiales). Las huellas resultan bien perfiladas, cmodas para la medicin. La dureza con la pirmide coincide con la dureza Brinell para los materiales de dureza media. En el ensayo Vickers se pueden probar materiales muy duros a diferencia del mtodo Brinell, debido a que en ste ltimo no se puede ensayar probetas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque sta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo.

3. MTODO ROCKWELLEs uno de los mtodos de ensayo por penetracin. Se utiliza tanto en materiales blandos como duros, siendo los penetradores unas bolillas de acero endurecido o conos de diamante industrial. El ensayo consiste en aplicar dos cargas, una consecutiva a la otra, la primera llamada carga inicial (Po) y la segunda carga adicional (Pad.) La dureza Rockwell se basa en el incremento de la penetracin debido a la carga adicional y una vez eliminada la misma.Con el objeto que a mayor dureza del material ensayado, le corresponde un nmero representativo mayor, se invirti la escala del dial o cuadrante indicador. Para obtener la dureza Rockwell no es necesario hacer ningn clculo ni aplicar ninguna frmula, sino que se lee directamente del dial o cuadrante de la mquina.Nomenclatura:HR= dureza RockwellE= escala total del diale= incremento de la penetracin

La escala se obtiene combinando penetradores y cargas totales y se elige de acuerdo a la combinacin de ambos y al material a ensayar. En el siguiente cuadro se dan las escalas conocidas del sistema:

De estas 15 escalas, las ms utilizadas son A, B y C y de estas tres, las dos ltimas, B para los blandos y C para los duros, las cuales se analizarn con mayor detenimiento.

Escala B

Nomenclatura: es dependiente de la escala, la carga y el penetrador utilizado.

HRB = Dureza Rockwell B

Cargas empleadas:

Po = carga inicial = 10 Kgf. (para todas las escalas)Pad.= carga adicional = 90 KgfPt. = carga total = 100 Kgf

Como sealamos, la carga inicial es siempre 10 kgf sin importar la escala utilizada y tiene como objeto establecer un nivel de partida uniforme, despreciando cualquier irregularidad en la superficie del material. Este paso se realiza a travs de un resorte calibrado en el cabezal de la mquina que se alcanza cuando la aguja indicadora dio dos vueltas en el dial de la misma.La lectura debe efectuarse en los nmeros de color rojo, cuando se utiliza bolilla de acero como penetrador y en los nmeros de color negro cuando se utiliza cono de diamante.

Penetrador: El penetrador es una bolilla de acero endurecida cuya dureza mnima no debe ser menor a 850 Vickers (HV 10/15=850 kgf/mm), pulida y engarzada en un portapenetrador de un dimetro D=1,5875 mm 0,003 mm 1/16. Divisiones del dial o cuadrante indicador: Tiene 130 divisiones y como la circunferencia del dial est dividida en 100 partes, el 0 est desplazado 30 unidades hacia atrs.

E = escala total del dial = 130 divisionesCada divisin = 0,002 mm.

Por lo tanto, E = 130 x 0,002 mm. = 0,260 mm. Siendo sta la mxima penetracin que se puede alcanzar en la escala B.Entonces: HRB = E - e = 130 e

Gama de empleo: Se aconseja entre un mnimo de HRB = 20/30 y un mximo de HRB = 110/120.

Aplicacin: Se emplea tanto en metales ferrosos como aceros con tratamientos trmicos como el recocido, normalizado y revenido, etc., fundiciones, y no ferrosos como latn, bronce, aleaciones de aluminio o aleaciones blandas.

Primera posicin:Tanto la carga inicial Po como la adicional Pad no estn aplicadas y la bolilla no toca la superficie de la probeta Sp. Segunda posicin:Se aplica la carga inicial Po = 10 kgf introducindose la bolilla la distancia AB desde la Sp. Con esta carga se desea obtener una sujecin firme de la probeta y establecer un plano de referencia como origen de la medicin OM, que no sea la superficie de la probeta Sp dado que la misma puede tener imperfecciones y por lo tanto afectar la medicin.El cuadrante o reloj en el cabezal no es ms que un comparador de profundidad milesimal. Subiendo la mesa, hasta que la aguja indicadora d dos vueltas, se fija la posicin de la misma sobre la escala entre 0 y 30. Rectificado E, en la parte inferior del esquema, se observa que el origen de la medicin es 130. Aqu se comprende claramente por qu fue necesario invertir la escala para que a mayor dureza, mayor nmero representativo. Tercera posicin:Se aplica la carga adicional Pad = 90 kgf alcanzando una carga total:

Pt = Po + Pad = 100 kgf

El penetrador pasa de la posicin B a la posicin C (la aguja del reloj retrocede de la posicin fija [B] a una posicin que estar en funcin de la dureza del material [C]). La velocidad de la aplicacin de la carga adicional est regulada por un amortiguador hidrulico.

Cuarta posicin:Se elimina la carga adicional quedando aplicada la carga inicial y pese a que la impresin es una deformacin plstica, el fondo de la misma se recupera elsticamente, pasando de la posicin C a la posicin D, cuya diferencia es el valor .e., que es el incremento de la penetracin debido a la carga adicional una vez eliminada la misma.(BC-CD= Verdadera medida de la dureza).La dureza convencional ser la medida desde 0 (es decir HRB = E - e = 130 - e). En el reloj la aguja avanza desde la posicin C a la D que indica la dureza Rockwell B leda en los nmeros rojos.

Importante:Cuando el penetrador utilizado es bolilla de acero siempre se debe leer en la escala con nmeros de color rojo.

Plaquetas patrn:Una de las ventajas del sistema es la de poseer bloques de dureza certificada que permiten controlar la veracidad de las mediciones efectuadas.En caso de pequeas discrepancias se puede efectuar igualmente el ensayo compensando el resultado obtenido en ms o menos lo indicado en la probeta patrn.Generalmente las mquinas de dureza traen tres bloques patrones con distintos niveles de dureza (baja, media y alta).

Escala C

Nomenclatura: es dependiente de la escala, la carga y el penetrador utilizado.

HRC = Dureza Rockwell C

Cargas empleadas:

Po = carga inicial = 10 Kgf.Pad.= carga adicional = 140 KgfPt.= carga total = 150 Kgf

Penetrador: Es un diamante industrial esfero-cnico (cono circular recto) engarzado en un portapenetrador con un ngulo de 120 y un radio de punta de 0,2 mm.

Divisiones del dial o cuadrante indicador:Tiene 100 divisiones marcadas en la circunferencia exterior de 0 a 100.

E = escala total del dial = 100 divisiones c/div. 0,002 mm.E = 100 x 0,002 = 0,20 - mxima penetracin que se puede alcanzar en la escala Rockwell CDureza Rockwell C = HRC = E - e = 100 - e

Siendo e = incremento de la penetracin Gama de empleo:Se aconseja el empleo de la escala .C. entre un mnimo de HRC = 20 y un mximo de HRC = 70. No es de conocimiento industrial un material metlico con dureza superior a HRC = 66/67 Aplicacin:Se emplea la escala C en materiales endurecidos mediante tratamientos trmicos. (Templados, templados y revenidos, tratados termoqumicamente).

Mecanismo de Ensayo:

Primera posicin:Tanto la carga inicial Po como la adicional Pad no estn aplicadas y el diamante no toca la superficie de la probeta Sp. Segunda posicin:Se aplica la carga inicial Po = 10 kgf y el extremo del diamante se introduce la distancia AB desde la superficie de la probeta (SP). Con esta carga inicial, al igual que en la escala B se desea obtener una sujecin firme de la probeta y establecer un plano de referencia como origen de la medicin OM, que no sea la superficie de la probeta (SP) que puede tener imperfecciones y por lo tanto afectar la medicin.En la escala observamos que precisamente el origen de la medicin es 100, comprendindose por esto, porque fue necesario invertir la escala para que a mayor dureza, mayor nmero representativo. Tercera posicin:Se aplica la carga adicional Pad = 140 kgf alcanzando una carga total:

Pt = Po + Pad = 150 kgf

El sistema del penetrador pasa de la posicin B a la posicin C. La velocidad de la aplicacin de la carga adicional est regulada por un amortiguador hidrulico. (4 a 6 segundos) Cuarta posicin:Se elimina la carga adicional quedando aplicada la carga inicial y por recuperacin elstica en la deformacin plstica, el fondo de la impresin se eleva de la posicin C a la posicin D, quedando finalmente el valor .e., que es el incremento de la penetracin debido a la carga adicional una vez eliminada la misma:BC-CD= (Verdadera medida de la dureza).La dureza convencional ser la medida desde 0: (es decir HRC = E- e = 100 - e)En el reloj la aguja avanza desde la posicin C a la D que indica la dureza Rockwell C leda en los nmeros negros.

Importante:Cuando el penetrador utilizado es cono de diamante siempre se debe leer en la escala con nmeros de color negro.

Plaquetas patrn:Al igual que en la escala B, el sistema posee bloques de dureza certificada que permiten controlar la veracidad de las mediciones efectuadas.Las gamas son:

Condiciones del ensayo: (para cualquier escala)

La mquina debe ubicarse en un ambiente exento de vibraciones y atmsfera corrosiva. Al preparar una probeta debe evitarse toda alteracin de la misma por el calor o el trabajo en fro. La superficie a ensayar debe ser lisa, plana y libre de suciedad, grasa, aceite, xido, pinturas, etc. El ensayo debe realizarse a temperatura ambiente, (se entiende entre 5 y 40 C). Los ensayos bajo condiciones normalizadas se realizan entre 20 C 2 C. Al comenzar el ensayo se deben desechar las dos primeras lecturas y luego efectuar tres por cada determinacin. El valor correspondiente, ser el promedio de las tres lecturas. El espesor de la probeta debe ser tal que, en la cara opuesta a la que se realiza la impresin, no debe quedar ninguna marca. La dureza del yunque o apoyo debe ser por lo menos: HV 10/15 = 700 kg/mm (700 Vickers).

TABLA DE CONVERSIN DE DUREZAS