Informe dureza

UNIVERSIDAD  DE  SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA EN METALURGIA.

“Ensayo de dureza”

Introducción.

        En lo que concierne a las situaciones cotidianas, siempre nos encontramos con materiales que se utilizan en todo ámbito de cosas, como ejemplo, materiales usados para puentes, calles, estructuras y hasta para el simple pasamano de un bus, es de real importancia conocer el comportamiento de estos materiales bajo condiciones específicas que nos harán diseñar mejor una pieza y así no esperar que ésta falle con el tiempo o ante cualquier imprevisto.

        La presente experiencia consistió, básicamente en medir y cuantificar una propiedad del material que es de gran importancia, la dureza. Definiéndola como la resistencia a ser indentado o rayado por otro material.

        Previamente trabajadas las probetas a utilizar, y que se hizo todo el proceso en la experiencia anterior, que consistía en el desbaste, pulido y ataque, podemos efectuar ensayos de dureza, teniendo especial cuidado en las condiciones que presentan este tipo de pruebas a los materiales. La probeta es proveniente de una barra de un Acero 1020, especificado en el informe anterior.

        Los objetivos de este laboratorio son los siguientes: conocer los fundamentos, ventajas y limitaciones de los métodos comunes de pruebas de dureza

Base teórica.  

   La dureza se define como una propiedad  de los materiales, la cual se caracteriza por la resistencia que oponen a ser  rayados y/o penetrados por otros.

    La dureza cuando se refiere a metales o aleaciones, representa un concepto muy importante. Cuando se trata de reflejar en un número según la forma que se obtiene este, involucra  una serie distinta de propiedades, tales como el límite de  fluencia, la resistencia a la tracción, la capacidad para el endurecimiento por deformación, etc.  El  valor de dureza obtenido en una prueba determinada sirve solo como comparación entre materiales o tratamientos térmicos a los cuales haya sido sometido el material, el numero de dureza no tiene un significado intrínseco, por lo tanto no puede utilizarse directamente en trabajos de diseño.  Existen varios tipos de pruebas de dureza entre ellos veremos el  Rockwell, el Vickers y el Brinell.

Ensayo de dureza  Rockwell

  Esta prueba surgió debido a la dificultad de medir dureza en aceros templados mediante el método de Brinell.  Se basa en la en la medición de profundidad diferencial, o sea en la profundidad de la penetración. Para los materiales duros se emplea como elemento de penetración un cono de diamante de ángulo 120°, y para los semiduros y blandos  una bolita de acero de 1/16, 1/8, 1/4  y 1/2 de pulgada de diámetro, deduciéndose la fuerza Rockwell de la profundidad conseguida en la penetración.  El cuerpo empleado para la penetración se hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de 10 kg. La profundidad de la penetración alcanzada constituye el valor de partida para la medición de la profundidad de la huella. Después se aumenta en 140 Kg la carga aplicada al cono, y en 90 Kg la aplicada a la bolita, bajándose nuevamente  el  valor previo. Se mide la profundidad de penetración que queda y en la escala del aparato se lee directamente la correspondiente  dureza Rockwell C  (HRC) cono o la Rockwell B (HRB) bolita.

[pic 1] [pic 2] [pic 3]

Ensayo de dureza Brinell

 Este ensayo consiste en aplicar y comprimir contra la superficie del material a ensayar una bola de acero templada, manteniéndola presionada por un lapso, con el fin que se produzca una huella en forma de casquete esférico sobre la superficie. Consiste en una prensa hidráulica vertical de operación manual, la cual presiona para que genere la marca. Se sabe experimentalmente que él número de dureza Brinell de casi todos los materiales está influenciado por la carga de penetración, el diámetro del balín y las características elásticas del mismo. En general debe usarse un balín de 10 mm de diámetro y de una composición química adecuada con cargas de 3000 kg, 1500 kg o 500 kg, dependiendo de la dureza del material que va a probarse. Aunque los números de dureza Brinell pueden variar conforme la carga de prueba usada con el balín de 10 mm, cuando se usen balines más pequeños en probetas delgadas, los resultados de las pruebas generalmente corresponden a los obtenidos con el balín de 10 mm de diámetro.

[pic 4]

H  =  dureza Brinell

P  =  peso  [Kg]

S  = superficie del casquete esférico [mm]

D  =  diámetro de la bola [mm]

d  =  diámetro del casquete esférico [mm] 

[pic 5][pic 6]

Se  puede generar una depresión o una craterización.

Ensayo de dureza Vickers

En este caso se emplea como cuerpo de penetración una pirámide cuadrangular de diamante.

La huella vista desde arriba es un cuadrado. Este 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.

La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y de la diagonal en mm ² de la huella de la pirámide según la fórmula:

 [pic 7][pic 8]

El indentador es un diamante  piramidal de base cuadrada con un ángulo entre caras de 136º y se eligió este ángulo para que los valores coincidan con Brinell.

La carga aplicada está entre 1 y 120 kg y la impresión es tan pequeña que es necesario un microscopio, equipado con un micrómetro en el ocular, para determinar el largo de las diagonales.

[pic 9][pic 10]

Procedimiento Experimental.

Básicamente la experiencia consistió en ensayar dos probetas metalográficas, mediante distintos ensayos de dureza, entre los cuales encontramos el ensayo de microdureza Vickers y el ensayo Brinell.

        El desarrollo de este laboratorio fue dado por la utilización de las maquinas necesarias, como por ejemplo, se utilizo una máquina para ensayar Brinell, la cual aplicó una carga interna en un primer paso, dando lugar a la aplicación de una carga de 1500 kg a una probeta y de 3000 kg a la otra, esto no quiere decir que tenga 3000 kg sobre la probeta, sino que una serie de engranajes y mediante un sistema mecanizado esta transforma una cierta cantidad de kg en un peso mayor.

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