UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ENSAYO DE DUREZA

Apellidos y Nombres: Cdigo:Quiones Otiniano Wil Alfredo20140175BVilcahuaman Tovar Carlos 20140280KSanchez Vizcarra Isaac Baruch20140193K

Curso:Ciencia de los materiales (MC112)

Seccin: D

Profesor:Ing. Luciano Zamora Ramos

Fecha de realizacin de la experiencia:9 y 16 de Septiembre del 2014

Lima, 25 de Septiembre del 2014

INDICE

ENSAYO DE DUREZA3OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

FUNDAMENTO TERICO4DEFINICIONES DE DUREZA..........4MTODO ROCKWELLMTODO VICKERSEQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.10EQUIPO ROCKWELL EQUIPO VICKERSPROCEDIMIENTO12 MTODO ROCKWELL(HRB/HRC) MTODO VICKERS(HV)

CLCULOS REALIZADOS15 CUESTIONARIO19 OBSERVACIONES21 CONCLUSIONES..................................................................22RECOMENDACIONES23 BIBLIOGRAFA.24

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

ENSAYO DE DUREZA

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO

Entender el concepto de dureza.Comprender el uso y la finalidad de los durmetros en la determinacin de los valores de dureza de los metales.Determinar la dureza de los siguientes materiales metlicos ;acero de bajo carbono , acero de medio carbono, bronce, cobre, aluminio, mediante el uso de dos mtodos diferentes , los cuales se pasarn a mencionarse:1. Mtodo Vickers.2. Mtodo Rockwell.Comparar las durezas segn el material analizado.Conocer las propiedades y caractersticas de los elementos para poder ver la mejor aplicacin de estos en la ingeniera.

FUNDAMENTO TEORICO

DEFINICIONES DE DUREZA

La dureza es una condicin de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y est relacionada con las propiedades elsticas y plsticas del material. Si bien, es un trmino que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definicin nica acerca la dureza. Pero algunas de estas definiciones son: 1) Resistencia a la identacin permanente bajo cargas estticas o dinmicas (dureza por penetracin).2) Absorcin de energa bajo cargas de impacto o dinmicas (dureza por rebote)3) Resistencia a la abrasin (dureza por desgaste).4) Resistencia al rayado (dureza por rayado).En general; se entiende por dureza entonces, resistencia de un material a la deformacin plstica.Los mtodos desarrollados para medir la dureza consisten en producir una deformacin local, en el material que se ensaya, a travs de un identador. Para que un valor de dureza sea til y permita su comparacin debe estar acompaada de la indicacin del mtodo utilizado y las condiciones del ensayo.Los diferentes mtodos utilizados ms comunes para medir la dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos segn la forma de aplicacin de la carga:

Ensayos estticos en lo que la carga se aplica en forma esttica o cuasi-esttica. En este caso un identador se presiona contra la superficie de ensayo con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga aplicada y el rea de la huella que deja el identador en la superficie, como es el caso de los mtodo Vickers, o bien es una medida de la profundidad de la identacin como en el ensayo Rockwell. Ensayos dinmicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En este caso el identador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energa conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energa de rebote del penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el mtodo de Shore y en el de Leeb.

MTODO ROCKWELL.-Se define la dureza Rockwell como un mtodo de ensayo por identacin por el cual, con el uso de una mquina calibrada, se fuerza un identador cnico esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones especficas contra la superficie del material a ser ensayado, y se mide la profundidad permanente de la impresin bajo condiciones especficas de carga. 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 ngulo es de 120 0.5. La punta es un casquete esfrico con un radio de 0.2 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen influencia importante en el valor de la dureza. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrn sobre piezas patrn de diferentes durezas.

b) PENETRADOR ESFRICO DE ACERO.- Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E y F. Consiste en un baln de acero templado y pulido, con un dimetro de 1.588 mm 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un dimetro de 3.175 mm 0.004 mm. Dicho baln debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales.

En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulacin en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de xidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

En el siguiente cuadro se vern las escalas de dureza Rockwell.Smbolo de la escalaPenetrador (pulgadas)Carga mayor (kg)Aplicaciones

ADiamante60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

BEsfera de 1/16 100Aceros recocidos y normalizados.

CDiamante150Aceros tratados trmicamente.

DDiamante100Aceros cementados.

EEsfera de 1/8 101Metales blandos y antifriccin.

FEsfera de 1/16 60Bronce recocido.

GEsfera de 1/16 150Bronce fosforoso y otros materiales.

HEsfera de 1/8 60Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

KEsfera de 1/8 150Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

LEsfera de 60Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

MEsfera de 100Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

PEsfera de 150Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

REsfera de 60Metales muy blandos

SEsfera de 100Metales muy blandos

VEsfera de 150Metales muy blandos

En el siguiente cuadro se vern las escalas de dureza Rockwell superficial. Smbolo de la escalaPenetrador (pulgadas)Carga mayor (kg)Aplicaciones

15NDiamante15Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza.

30NDiamante30Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

45NDiamante45Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

15TBola de 1/16 15Bronce, latn y aceros blandos

30TBola de 1/16 30Bronce, latn y aceros blandos

45TBola de 1/16 45Bronce, latn y aceros blandos

15WBola de 1/8 15Bronce, latn y aceros blandos

30WBola de 1/830Bronce, latn y aceros blandos

45WBola de 1/8 45Bronce, latn y aceros blandos

Entre el nmero de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia: Finalmente para dar el nmero de dureza en este tipo de ensayo se utiliza: PHRE; donde P es la carga utilizada y E es la escala con que se midi.

MTODO VICKERS.- La determinacin de la dureza Vickers se obtiene con el cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequea y el penetrador es un diamante en forma de pirmide, como se muestra en las figuras.

De esta manera el valor de dureza Vickers resulta:

Dado que se puede obtener una expresin en funcin de la diagonal d, la cual resulta:

Donde P: carga aplicada en N, d: diagonal media de la huella en mm

Tambin es posible expresar el nmero Vickers en funcin de la profundidad de penetracin h de la siguiente manera:

Ya sea en la determinacin de d o h se requiere una exactitud de 0,001 mm y el valor de d resultar del promedio de ambas diagonales.Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg segn el espesor y tipo de material. En general las mquinas estndar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las ms usadas.De esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la carga, as HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.

EQUIPO E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

EQUIPO ROCKWELL:

Un durmetro analgico Rockwell marca Wilson y un durmetro digital.

Figura 1. Durmetro Rockwell analgico (izquierda) y digital (derecha) del laboratorio 4 de la FIM-UNI

Probetas lisas de 1/2 pulgada.

Figura 2. Probeta de aluminio

EQUIPO VICKERS: Durmetro Vickers marca Leitz de fabricacin alemana.

Figura 3. Durmetro Vickers del Instituto de Motores de la FIM-UNI

PROCEDIMIENTOMETODO ROCKWELL (HRB/HRF):ANALGICO:1. Para proceder a realizar el ensayo primero se debe verificar que el equipo a utilizar se encuentre en las condiciones apropiadas. Es decir, que el equipo permita la aplicacin de la carga inicial, de la sobrecarga y a la ves garantice el retiro de esta de forme lenta y uniforme evitando vibraciones y choques.

2. Una vez verificada la condiciones favorables del equipo y de haber colocado el penetrador en el durmetro procedemos a colocar la probeta en la mesa de apoyo de forma plana y rgida de manera que se apoye perfectamente y no sufra desplazamiento durante el ensayo. Previamente la superficie en contacto debe estar limpia y libre de materias extraas.3. El penetrador debe ponerse en contacto perpendicularmente a la superficie de la probeta. Luego de ello se aplica la carga inicial de P0 = 10 Kg que produce una penetracin inicial h0.Una vez alcanzada esta carga se ajusta la caratula indicadora haciendo que la aguja coincida con el de lectura.

4. Por ultimo aplicamos la sobrecarga de P1 = 90 Kg y luego de unos segundos que toma en estabilizarse la aguja indicadora se ha logrado la penetracin mxima. Retiramos la sobrecarga y realizamos la lectura en el equipo.

DIGITAL:1. Para realizar la medicin respectiva, primero verificamos que el equipo mida los valores correctos de dureza. Para lo cual se usa un patrn de dureza. Y luego se comprueba que la dureza medida del patrn coincida con la dureza especificada en ella.

2. Luego de comprobar el correcto funcionamiento se procede a medir la dureza de la probeta que previamente ha sido pulida y limpiada de impurezas.

Figura 4.Vista del penetrador y medicin digital.

METODO VICKERS (HV):1. Para realizar el ensayo de dureza Vickers se verifica que el equipo est en condiciones que favorezcan obtener resultados no errneos. Esencialmente el penetrador de diamante, el cual tiene un ngulo en el vrtice entre caras de 136.

2. Luego se revisa que la superficie de la probeta este completamente limpia y libre de impurezas. Seguidamente utilizamos la plastilina y la prensa para poner a la probeta perpendicular al penetrador.

3. Colocamos la carga correspondiente al equipo, y por ltimo luego de retirar la carga procedemos a la medicin de las diagonales con la ayuda del microscopio.

CLCULOS REALIZADOSENSAYO ROCKWELL

Se procede a calcular la profundidad de penetracin hecha por cada material, mediante la siguiente frmula:

En el equipo Rockwell digital

En el equipo Rockwell analgico

ENSAYO VICKERS

Pesa utilizada 0.2KgPara calcular la dureza con el mtodo Vickers se utiliza la siguiente frmula:

En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos y la dureza Vickers correspondiente a cada material.

CUESTIONARIO1. Qu es la dureza y que mtodos se utilizan para medir la dureza?

Ladurezaes la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetracin, la abrasin, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, rebote. Los mtodos para medir la dureza son los siguientes:a. Mtodo Brinell: emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Las unidades que se utilizan son HBb. Mtodo Knoop: realizado en materiales muy quebradizos o lminas finas. La prueba consiste en presionar en un punto con undiamantepiramidalsobre la superficie pulida del material. Las unidades que se utilizan son HK.c. Mtodo Rockwell: realizado en todo tipo de materiales. Se usa como punta una bola de acero o una punta de diamante. El indicador del ensayo Rockwell es HRd. Mtodo Shore: Se basa en la reaccin elstica del material cuando dejamos caer sobre l un material ms duro. Mientras ms rebote, ms duro ser.e. Mtodo Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular.

2. De qu depende la dureza?

La dureza depende de la elasticidad, la plasticidad, la cohesin de los tomos, las dimensiones y masa de la muestra.

3. Seale las ventajas y desventajas de los mtodos Rockwell y Knoop.

La ventaja del mtodo Rockwell es la lectura el rpido del nmero de dureza Rockwell directo y el rpido tiempo de ensayo; sus desventajas son las muchas escalas arbitrarias no relacionadas y los posibles efectos del yunque de apoyo de la muestra.La ventaja del mtodo Knoop es que necesita slo una cantidad de muestra muy pequea, y que es vlida para un rango muy amplio de fuerzas; sus desventajas son la dificultad tener que usar un microscopio para medir la incisin y el tiempo necesario para preparar la muestra y aplicar el hendedor.

4. Por qu no es factible utilizar el mtodo Shore convencional no se puede aplicar en materiales blandos y muy blandos?

El mtodo Shore no es factible en materiales blandos y muy blandos ya que este mtodo se basa en el rebote que genera la reaccin elstica, es decir, en materiales blandos y muy blandos la energa ser absorbida y no se manifestar rebote alguno.

5. Qu mtodo o mtodos son ms convenientes para medir la cohesin de los tomos de los materiales?

Los mtodos que miden mejor la cohesin de los tomos del material son el mtodo Rockwell y el mtodo Vickers, debido a que se emplea el diamante para medir su dureza.

Observaciones

Para la utilizacin del equipo Rockwell, es necesario hacer una calibracin de la mquina mediante la aplicacin de la precarga.La huella dejada por el durmetro Rockwell es relativamente pequea y por ello no malogra a la probeta.Se deben calibrar las maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en una misma escala.En el ensayo de dureza Rockwell verificar que este aplicada correctamente la carga inicial de 3 o 10 Kg. Despus de aplicar la carga inicialse debe coincidir la aguja con el cero del indicador de dureza, tratando de que la aguja este vertical y apuntando hacia arriba.La profundidad hallada en el ensayo Rockwell, indica menos dureza para el material.Se observa que los errores obtenidos son menos del 5%, lo que hace notar que las experiencias fueron realizadas correctamente y con los cuidados respectivos.

ConclusionesPara usos en la ingeniera el material ms conveniente vendra a ser el aluminio, debido a que es liviano y presenta una dureza regular.La relacin entre la profundidad de la huella y la dureza de los materiales son inversamente proporcionales.Se concluye en todas las experiencias que los materiales ms duros son los que tiene en su composicin ms carbono o mayor porcentaje de estos, en este caso lo aceros SAE 1010 y acero SAE 1045 son los ms duros entre todos los materiales.Si se combinan materiales pueden mejorar sus propiedades mecnicas, por ejemplo la combinacin del aluminio con el cobre es conocida como duraluminio.La carga (peso) que se aplique a las probetas para el ensayo vicker no alterar el resultado o la medida de la dureza del material analizado ya que la dureza es inversamente proporcional a las longitudes den las diagonales obtenidas.

Recomendaciones

Antes de realizar cualquier tipo de ensayo se recomienda tener mnimamente una nocin terica del tema a fin de optimizar el proceso de obtencin de datos.Es recomendable fijar y nivelar la superficie de la probeta que ser observada en el microscopio Vickers.Para el ensayo con el durmetro Rockwell se deber tener presente que primero se le deber de aplicar una precarga posteriormente la carga complemento.Se debe evitar realizar las penetraciones muy pegadas, deben de estar distanciadas correctamente para evitar clculos errneos.Siempre asegurarse que el penetrador este de forma perpendicular con la superficie de la probeta.Al observar por el microscopio durante el ensayo de dureza Vickers se debe verificar cuidadosamente que la diagonal con la lnea sean paralelas.Siempre utilizar un patrn para los durmetros, de este modo se verifica que est funcionando correctamente.Asegurarnos adecuadamente que los materiales estn en perfectas condiciones, es decir limpios de impurezas, correctamente pulidos, lijados con el fin de que la superficie sea plana, lo que mejora los resultados en la experiencia.Las mediciones se deben hacer varias veces de este modo se trabaja con el promedio y se logra reducir la incertidumbre en el experimento.Esperar el tiempo correcto durante el funcionamiento de los durmetros, para que los datos que se obtengan de estos sean ms exactos.

BIBLIOGRAFAWilliam F. Smith. Fundamentos de ciencia e ingeniera de materiales, Editorial McGrawHill, 1998.Donald Askeland, Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Editorial Thomson Editores, 3era edicin, 1998.William Callister, Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Editorial Revert S.A