Dureza Y Propiedades Mecanicas

LABORATORIO DE CIENCIA DE MATERIALES

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DUREZA Y PROPIEDADES MECANICAS

ENSAYO DE MATERIALES

Con el ensayo de los materiales deben determinarse los valores de resistencia, verificarse las propiedades y establecerse el comportamiento de aquellos bajo la acción de las influencias externas. El factor económico juega un rol de importancia en el campo de la fabricación en general, imponiendo un perfecto conocimiento de los materiales a utilizar, de manera de seleccionarlos para cada fin y poder hacerlos trabajar en el límite de sus posibilidades, cumpliendo con las exigencias de menor peso, mejor calidad y mayor rendimiento. En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos, su peso específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la resistencia, elasticidad y plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc.

PROPIEDADES MECANICAS

Las propiedades mecánicas de los materiales se refieren a la capacidad de los mismos de resistir acciones de cargas o fuerzas. Podemos decir que las propiedades mecánicas se clasifican en: Por acción:

 Estáticas: las cargas o fuerzas actúan constantemente o creciendo poco a poco.

 Dinámicas: las cargas o fuerzas actúan momentáneamente, tienen carácter de choque.

 Cíclicas o de signo variable: las cargas varían por valor, por sentido o por ambos simultáneamente.

Las propiedades mecánicas principales son: dureza, resistencia, elasticidad, plasticidad y resiliencia, aunque también podrían considerarse entre estas a la fatiga y la fluencia (creep).

 Cohesión: Resistencia de los átomos a separarse unos de otros.

 Plasticidad: Capacidad de un material a deformarse ante la acción de una carga, permaneciendo la deformación al retirarse la misma. Es decir es una deformación permanente e irreversible.

 Maleabilidad: Facilidad a deformarse en láminas. Es una variación plástica ante la aplicación de carga o fuerza.

 Ductilidad: Facilidad a deformarse en hilos.

 Dureza: es la resistencia de un cuerpo a ser rayado por otro. Opuesta a duro es blando. El diamante es duro porque es difícil de rayar. Es la capacidad de oponer resistencia a la deformación superficial por uno más duro.

 Resistencia: se refiere a la propiedad que presentan los materiales para soportar las diversas fuerzas. Es la oposición al cambio de forma y a la separación, es decir a la destrucción por acción de fuerzas o cargas.

 Ductilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo hilos.

 Maleabilidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de deformarse sin romperse obteniendo láminas.

 Elasticidad: se refiere a la propiedad que presentan los materiales de volver a su estado inicial cuando se aplica una fuerza sobre él. La deformación recibida ante la acción de una fuerza o carga no es permanente, volviendo el material a su forma original al retirarse la carga.

 Higroscopicidad: se refiere a la propiedad de absorber o exhalar el agua

 Hendibilidad: es la propiedad de partirse en el sentido de las fibras o láminas (si tiene).

 Resiliencia: es la capacidad de oponer resistencia a la destrucción por carga dinámica.

PROPIEDADES FISICAS

1. Peso especifico

absoluto o relativo, el primero es el peso de la unidad de volumen de un cuerpo homogéneo y el peso específico relativo es la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de igual volumen de una sustancia tomada como referencia

2. Punto de fusión

describe la temperatura en la cual un material o elemento pasa del estado sólido a liquido

3. Dilatación térmica

mide cuanto se puede deformar un material con respecto a un diferencial de T°, puede causar contracción o dilatación.

ENSAYOS DE DUREZA

La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro. La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástica) En algunos casos, es necesario determinar las características mecánicas de los materiales sin llegar a su destrucción. También podemos determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de dureza. Podemos mencionar los tres tipos de ensayos de dureza más importantes.

DUREZA ROCKWELL:

es un número obtenido por la profundidad de la huella; el cual proviene cuando se aumenta la carga sobre un penetrador desde una carga fija menor hasta una mayor, retornando después a la carga menor. Los números de dureza Rockwell se expresan siempre con un símbolo de escala, que indica el penetrador y la carga utilizada.

EJEMPLO: 60 HRC indica un valor de dureza Rockwell 60 medido en la escala C.

MAQUINA Y EQUIPO

La máquina de prueba consiste en un soporte rígido o yunque, sobre el que se coloca la probeta y un dispositivo que aplica las cargas prefijadas a un penetrador en contacto con la misma.

PENETRADORES

a) PENETRADOR DE DIAMANTE.

Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje debe coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas.

b) PENETRADOR ESFERICO DE ACERO

Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E Y F. Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial. En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

PROCEDIMIENTO.

APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar lacarga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se obtiene cuando el indicador haya dado él numero apropiado de revoluciones completas y quede dentro de 5 divisiones de la posición de ajuste en la parte superior de la carátula.

APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionando la palanca de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca de operación de regreso a la posición original dentro de los 2 segundos siguientes después de que su movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso.

LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza

rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha quitado la carga mayor y mientras la carga menor aun esta actuando. Estas lecturas se estiman a veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.

CONDICIONES DEL ENSAYO

1. La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo etc.

2. El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la profundidad de la huella, y el ensayo no es válido si en la cara posterior a la del ensayo aparece una protuberancia.

3. Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis milímetros al del penetrador. Los valores de dureza resultan ligeramente inferiores a los valores reales.

4. La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la superficie de la probeta

DUREZA BRINELL.

Se comprime una bola de acero templada, de diámetro (D) 2,5; 5 ó 10mm, contra el material a ensayar con una fuerza P. Después de liberar la carga se mide el diámetro (d) de la huella con un dispositivo amplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:

La fuerza del ensayo debe tomarse de magnitud tal que se forme una huella con diámetro d = 0,2.D a d = 0,7.D. Para materiales blandos y bolas de ensayo pequeñas, la fuerza del ensayo debe ser menor. Se calcula partiendo del grado de carga y del diámetro de la bola.

El grado de la carga para el acero no templado y el hierro fundido es a = 30; para metales no férreos y sus aleaciones a = 10; para el aluminio y el cinc a = 5; para los metales de cojinetes a = 2,5; para el plomo y el estaño a = 1,25.

Cargas y diámetro de esfera usadas para el ensayo de dureza Brinell

En algunos materiales, la penetración provoca una deformación en la huella, la cual

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