UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA
MECNICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO N 1: ENSAYO DE DUREZA
INTEGRANTES: GUTIERREZ ANDIA, Savio Renato 20131036C
LUQUE APAZA, Wilder Guido 20131017I
YSHIKAWA REYES, Kiomi Rocio 20130515E
CDIGO DE CURSO Y SECCIN: MC 112 - G
PROFESOR: SAMPEN ALQUIZAR, Luis Alberto
FECHA DE REALIZACIN: Viernes 5 y 12 de Setiembre del 2014FECHA
DE PRESENTACIN: Viernes 18 de Setiembre del 2014
INDICE: Pg.
1.
Objetivos..........................................................................................................
22. Fundamento
terico.........................................................................................
23.
Procedimientos................................................................................................
44. Resultados del
laboratorio...............................................................................
55.
Conclusiones....................................................................................................
76.
Observaciones.................................................................................................
77.
Bibliografa.......................................................................................................
8
1. OBJETIVOS
Determinar experimentalmente algunas propiedades mecnicas de
aleaciones ferrosas y otros. Analizar y comparar mediante los
diferentes mtodos la dureza en dichas aleaciones. Observar y
analizar los mtodos de ensayo de dureza en los aceros y aleaciones.
Indagar la importancia de un ensayo de dureza. Comparar entre los
materiales usados y destacar el material ms duro y menos duro.
Analizar entre las ventajas y desventajas de usar el mtodo de
Brinell y el de Rockwell. Entender lo ms esencial e importante de
un ensayo de dureza. Conocer y entender el funcionamiento de una
mquina de ensayo Rockwell y Brinell.
2. FUNDAMENTO TERICO
ENSAYO DE DUREZA:La dureza es la resistencia que ofrece u opone
un cuerpo a ser indentado, deformado, rayado etc. por un segundo
cuerpo siendo este un material con una mayor dureza que el primero.
Para realizar una comparacin entre metales y aleaciones o de
cualquier otro material debe de tenerse en cuenta el mtodo de
dureza.Existen diferentes tipos de mtodos para medir la dureza de
un material: Dureza Brinell:Emplea como punta una bola de acero
templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco
exacta pero fcil de aplicar. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta
un cono dediamante(en algunos casos bola de acero). Es la ms
extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es
apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar unensayo no
destructivopor el pequeo tamao de la huella. Dureza Vickers: Emplea
como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular. Para
materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la
escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de
dureza con chapas de hasta 2 mm de espesor. Dureza Knoop:Mide la
dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la
profundidad de seales grabadas sobre un mineral mediante un
utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza
estndar.
ENSAYO DE DUREZA BRINELLFigura 1
Este ensayo se realiza mediante un indentador que penetra en la
superficie del material a ensayar dejando una huella como el
casquete de una esfera [ver figura 1]. Para medir la dureza, es
necesario hallar el rea de dicho casquete y dividir la carga usada
en el ensayo (en kg-fuerza) entre el rea generada por el penetrador
sobre la superficie de material.La carga a aplicar depende del
material a probar y del cuadrado del dimetro de la bola del
penetrador.
Para hallar la medida de la huella en el material se usa un
micrmetro o microscopio.
ENSAYO DE DUREZA ROCKWELLEste ensayo es similar al Brinell pero
con mayor rango de aplicacin, ya que trabaja con varias escalas que
permiten medir materiales muy suaves o muy duros. La medida de la
dureza se hace en funcin de la profundidad de la huella y no de su
superficie. Para materiales blandos (HB200) el penetrador es un
cono de diamante de 120 en la punta (HRC).Es un ensayo rpido y fcil
de realizar pero menos preciso que los anteriores.No se requiere
personal especializado.
Cuadro de escalas del mtodo de dureza Rockwell
La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas:
una previa P0 y una posterior P1 tal que: P = P0 + P1.Inicialmente
el cono penetra en la superficie una cantidad h0 [ver figura 2]
sobre la accin de la carga P0 que se mantendr hasta el fin del
ensayo. Esta penetracin inicial permite eliminar la influencia de
las condiciones superficiales.Figura 2
A continuacin se aplica la carga P1 y la penetracin se acenta.
Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante
(solamente acta P0) determina el nmero de dureza HR. La escala de
los instrumentos de lectura empleados en las mquinas est invertida
para permitir una lectura directa.En los certificados de calidad es
comn utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es
reemplazado por una esfera de 1/16" y la carga P1 vale 100 Kgf.En
casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kgf es muy
elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la
escala Vickers con una carga de 10 Kgf y luego efectuada la
transformacin a la escala HRB utilizando tablas de conversin
adecuadas.
3. PROCEDIMIENTOS REALIZADOS Mtodo de Dureza BrinellPara hallar
la Dureza de los materiales en la escala Brinell se utiliza una
mquina que, dependiendo el acero o material a evaluar, se le aplica
una fuerza proporcional al dimetro de la billa utilizada para esta,
la cual deja una huella a la que le medimos sus dimensiones, y con
estos datos podemos hallar un valor para la dureza aproximado.Mtodo
de Dureza RockwellPara este se us un dispositivo electrnico que,
como el caso anterior, aplica una fuerza sobre la probeta mediante
una billa o un cono de diamante dependiendo la escala a utilizar
diferencindose que esta se aplica en dos momentos diferentes, dando
directamente el valor de la dureza de la misma, por lo que se
realiz tres huellas a la probeta, obteniendo tres valores de dureza
en la respectiva escala, y se halla el promedio de estas para tener
un valor ms preciso.
4. RESULTADOS DEL LABORATORIO
Mtodo de dureza Brinell (NHB)AleacinKD (mm)F (kgf)d1 (mm)d2
(mm)NHB1 (kgf/mm^2)NHB2 (kgf/mm^2)NHB prom
Pb-Sn2.5102506.076.337.757.057.40
Al55003.773.7243.1444.3543.75
Cu1010004.013.9375.8679.1277.49
Cu-Zn3.6-94.95-94.95
Cu-Sn3.353.27110.18115.80112.99
Zn-Al-Mg-Cu3.233.18118.77122.64120.71
AISI D33030004.114.14216.13212.86214.50
Acero inox4.654.73166.52160.58163.55
SAE 10454.234.22203.46204.47203.96
SAE 10205.155.195133.73131.24132.48
Orden descendiente de dureza:AISI D3 > SAE 1045 > Acero
inox.> SAE 1020 > Zn-Al-Mg-Cu > Cu-Sn >>Cu-Zn >
Cu > Al > Pb-Sn
Mtodo de dureza Rockwell (HR)MaterialFuerza (kgf)Tipo de
DurezaPrueba 1Prueba 2Prueba 3PenetradorDureza Promedio
Cu60HRF82.681.782Billa de diametro 1/16"82.1 HRF
Cu + Zn86.786.488.387.1 HRF
Cu + Sn91.390.692.891.6 HRF
Al31.432.332.632.1 HRF
Al + Cu100HRB88.28887.687.9 HRB
Hierro fundido95.792.996.294.9 HRB
SAE 102076.179.674.876.8 HRB
SAE 104596.997.29997.7 HRB
AISI D393.493.892.993.4 HRB
SAE 4140150HRC35.435.335.6Cono de diamante35.4 HRC
Acero de herramientas66.267.46766.9 HRC
Orden descendiente de dureza:Acero de herram.> SAE 4140 >
SAE 1045 > Hierro fund > AISI D3 > Al-Cu > SAE 1020
> Cu-Sn > Cu-Zn > Cu > Al
5. CONCLUSIONES
La dureza, es una propiedad de la capa superficial del material,
no del material en s. A una mayor rea de penetracin se obtendr una
menor dureza. La dureza de los metales se puede aumentar mediante
su combinacin con otros metales o no metales como es el caso del
cobre (Cu). Durante la experimentacin pudimos observar que su
dureza aumento al alearse con zinc y aumento ms al mezclarse con
estao. Asimismo, el aluminio se vuelve ms duro cuando esta aleado
con cobre (4.3%). La dureza del acero se puede aumentar cuando se
le agrega cierto porcentaje de carbono [a mayor porcentaje, mayor
dureza] como es el caso del SAE 1045 (0.45%C) que es de mayor
dureza que el SAE 1020 (0.2%C). Se puede obtener un acero ms duro
cuando esta aleado y adems contiene un pequeo porcentaje de carbono
(SAE 4140) La importancia de la dureza radica en que nos permite
conocer las propiedades mecnicas lo cual nos sirve para saber dnde
aplicar los materiales en la industria. Lo esencial de un ensayo de
dureza Brinell son la carga, el penetrador y el tiempo de aplicacin
de dicha carga.
6. OBSERVACIONES
El mtodo Rockwell se diferencia de los anteriores en que la
medida de la dureza se hace en funcin de la profundidad de la
huella y no de su superficie. Para la escala C en el mtodo de
dureza Rockwell, debe usarse como penetrador un cono de diamante de
120 entre generatrices. Las escalas de dureza del mtodo Rockwell
dependen de la cantidad de fuerza aplicada, esto es, para
materiales ms blandos, se debe usar escala F y para materiales
duros debe usarse escala B o C. La constante K para hallar el valor
de la dureza en el mtodo Brinell depender del material a trabajar.
Cuando se trata de aleaciones o mezclas, el material predominante
determinara el valor a usar de K. Por ejemplo, en la aleacin Cu-Zn,
siendo el cobre el de mayor proporcin, el valor de K ser 10. Se
debe asegurar que las probetas estn bien lijadas y pulidas, pues al
experimentar sobre superficies no trabajadas correctamente, se
puede alterar el valor de la dureza y obtener resultados atpicos.
Para una mayor precisin en la toma de datos se realizaron como
minino tres mediciones. Si algn dato se alejaba demasiado de los
obtenidos o por obtener en las mediciones, se obviaba y se volva a
tomar otro que este cercano al grupo de datos.
7. BIBLIOGRAFA
Callister, W. D., 2004, Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de
los Materiales, Editorial reverte, pg. 136. Smith W. F., 1990,
Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Editorial
MC Graw Hill ,4ta edicin, pg. 103. Askeland D. R., 1998, Ciencia e
Ingeniera de los Materiales, Editorial International Thomson, 3ea
Edicin, pg. 130-160.
UNI, ciencia y tecnologa al servicio del pas
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