Dureza en el laboratorio de ciencia

1. Resumen

En el siguiente ensayo serán presentados los resultados obtenidos en la practica del ensayo de dureza en el laboratorio de ciencia en ingeniería de los materiales, de igual manera serán incluidos ciertos análisis de la resistencia de algunos materiales al ser rayados por otros. Se realizaron dos pruebas con el fin de medir la dureza de tres materiales, que fueron acero, cobre y aluminio, probetas de estas. Antes de realizar esta prueba dichos materiales fueron procesados

1. Palabras claves

• Deformación
• Dureza
• Dureza de Mohs
• Durómetro
• Penetración
• Macrodureza
• Microdureza
• Nanodureza
• Resistencia
• Tensión

1. INTRODUCCIÓN

La dureza es la resistencia al rayado proporcionada por una superficie mineral lisa y, en cierto sentido, refleja su resistencia al desgaste. Al examinar la dureza del mineral, la estructura atómica se evalúa en parte porque representa el eslabón más débil.

La dureza es un método para evaluar la reacción de una estructura cristalina con una carga sin destruirla. En cristales con uniones metálicas, pueden fluir plásticamente, causando surcos o surcos. Por otro lado, el rascado de materiales frágiles es una manifestación de microfractura.

Existen varios tipos de métodos o pruebas para medir la dureza o resistencia de un material. El método más común debido a la velocidad (pero con baja precisión), se puede resaltar la prueba de resistencia de Rockwell. Aquí se pueden usar diferentes escalas, que se realizan utilizando diferentes combinaciones de cargas y ranuras, lo que nos permite probar con cualquier aleación o metal.

Solo hago referencia a este método debido a que es el utilizado en la práctica, sin embargo, es valido resaltar que hay otros métodos como el Brinell, el método Vickers, los cuales se recomiendan usar con ciertos tipos de materiales.

1. Objetivos

• Conocer la propiedad de dureza en los materiales y su importancia como criterio de selección.

• Analizar físicamente la resistencia de los materiales a ser presentados para definir su dureza.

• Identificar los diferentes métodos para la determinación de la dureza a través de los diferentes parámetros de aplicación de cada escala.

• Conocer el proceso físico de medición de dureza determinación los parámetros a tomar en cuenta para el manejo adecuado de los equipos.

• Obtener los valores de la dureza empleando diferentes métodos para comparar los resultados.

• Conocer el rango de aplicación en las distintas escalas de dureza a través de los parámetros de ensayo de las normativas internacionales.

1. Equipamiento y Software utilizado  

• Handimet III

• Ecomet III

• Durómetro portátil TH 160

• Durómetro Rockwell MTH 500

• CES EduPack Granta

• Instructivo de manejo de equipo

1. Fórmulas

[pic 1]

[pic 2]

[pic 3]

1.         Materiales utilizados

Cobre [pic 4]

Acero

[pic 5]

Aluminio

[pic 6]

1. Procedimiento

• Preparar superficie a ensayar
• Calibrar durómetro portátil
• Medir dureza con durómetro portátil
• Calibrar durómetro Rockwell
• Medir dureza con durómetro Rockwell

1. Resultados

1. Relaciona las durezas indicadas utilizando el diagrama para la conversión de varias escalas.

[pic 7]

2. ¿Qué ensayos y que escala utilizaría usted para tiras muy delgadas de un metal como el papel de aluminio? ¿Por qué?

Escogería hacer uso de un ensayo de micro dureza, ya que este se usa en los materiales que se les aplica una carga menor a 2N, de igual manera, debido a que el espesor del papel es muy delgado, la profundidad generada por la penetración no debería sobrepasar las tiras de metal. La escala de Knoop es el ensayo recomendable en este caso ya que se usa para materiales frágiles

3. Calcule la resistencia a la tensión para:

Datos: Acero inoxidable = 250HB

Resistencia a la tensión (MPa)  es =  3.5(HB)

σ = 250*3.5 = 875 MPa

Datos: Aluminio: 40HB

Resistencia a la tensión (Psi) = 500(HB)

σ = 40*500 = 20000 psi

4. Una pieza de acero tiene dureza de 350 HB. Calcule la resistencia a la tensión en MPa y en Psi.

Datos: HB para una pieza de acero=350

Resistencia a la tensión (MPa)= 3.5* HB

Resistencia a la tensión (psi)= 500*HB

En MPa:

σ = 350*3.5 = 1,225 MPa

En Psi:

σ  = 500 x 350 = 175,000 psi

5. ¿Cuál es el módulo de resiliencia para una pieza de acero muy trabajada en frío, que tiene una dureza de 260 HB? ¿Y para una pieza de cobre trabajada en frío, con una dureza de 100 HRB?

Datos: HB para la pieza de hacer: 260

El módulo de Young para una pieza de acero trabajada en frio es de 200,000 MPa.

 [pic 8]

b) El módulo de Young para una pieza de cobre trabajada en frio es de 127,000 MPa, al convertir 100 HRB a HB da 254 HB.

 [pic 9]

6. Si un material tiene una dureza de 400 HB, ¿Cuál es el diámetro esperado de indentación?

Datos: HB del material= 400

10mm =D

[pic 10]

[pic 11]

Para 500 kg:

[pic 12]

Para 1500 kg:

[pic 13]

Para 3000 kg:

[pic 14]

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7. Obtenga pequeñas piezas de materiales metálicos y no metálicos, incluyendo piedras. Frótelas una contra la otra, observe las ralladuras que resultaron, y ordénalas de una manera similar al sistema de numeración Mohs.

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