Dureza Vickers 4k6e3x
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
ÍNDICE INTRODUCCION…………………………………………………………………..02
OBJETIVOS…………………………………………………………………………03 FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………………..04
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA .................................................................09
DESCRIPCIÒN DEL DESARROLLO DEL ENSAYO ..............................................11
TOMA DE DATOS CALCULOS Y TABULACIONES ............................................16
GRAFICO Y/O FOTOGRAFÍA ..................................................................................19
OBSERVACIONES .....................................................................................................23
CONCLUIONES ..........................................................................................................23
RECOMENDACIONES ..............................................................................................24
ANEXOS ......................................................................................................................25
BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................................27
ENSAYO DE DUREZA
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1. INTRODUCCIÓN En nuestra vida cotidiana observamos todo tipo de materiales metálicos, en los que por necesidad o estética necesita estar liso y soportar a las ralladuras que a veces se le expone, para poder fabricar los materiales con esa propiedad de resistencia es necesario conocer que materiales son los adecuados, para esto debemos conocer los métodos por los cuales se puede llegar a medir la resistencia a ser rayado del material, a esta propiedad que tienen los materiales se le denomina dureza. En el presente laboratorio daremos a conocer los diferentes métodos de medición de la dureza, así como también comparar y graficar los datos obtenidos, teniendo en cuenta de que material se trata, si es blando o duro, presentaremos también un marco teórico, definiéndonos cada tipo de método utilizado en el laboratorio, para así tomar ciertas precauciones necesarias para que no ocurra ningún tipo de incidente que pueda dañar los equipos utilizados en la experiencia. Para ésta práctica se dio un breve repaso del funcionamiento de la máquina de pruebas o ensayos que se usa para cada uno de los métodos como Brinell, Rockwell, etc. así como el desarrollo de la práctica, también se nos dio la fórmula para encontrar la dureza Rockwell de cada uno de los ensayos. Esperamos que el presente trabajo ayude a comprender el tema tanto a nosotros como para quien lo lea.
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2. OBJETIVOS
Que el alumno conozca el funcionamiento de una máquina para ensayos de dureza Rockwell llamada durómetro, también es importante conocer los riesgos que representa el uso inadecuado de la máquina.
Determinar la dureza de Rockwell, Vickers y shore en cada una de las piezas metálicas que se nos han proporcionado, mediante el uso correcto de los tipos de penetradores y de las cargas aplicadas en el ensayo.
Comparar mediante gráficas las durezas de las distintas probetas que se nos proporcionará.
Conocer y manejar las diferentes máquinas que se usan en los ensayo de dureza, Rockwell y Vickers.
Conocer el procedimiento adecuado para la realización de un ensayo de dureza.
Determinar y comparar las propiedades mecánicas de los materiales metálicos y polímeros, a través de los ensayos de dureza (Vickers, Rockwell y shore).
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3. FUNDAMENTO TEÓRICO DEFINICIÓN DE DUREZA La dureza de un material es su capacidad de resistir una deformación plástica localizada. Las medidas de dureza son ampliamente utilizadas porque a partir de ellas se obtiene una idea aproximada o comparativa de las características mecánicas de un material. Para su determinación se utilizan ensayos basados en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro. Estos métodos consisten en producir una huella en el material que se ensaya aplicando sobre él un penetrador con una presión determinada, y hallando el índice de dureza en función de la presión ejercida y la profundidad o diámetro de la huella. Este penetrador va acoplado a una máquina llamada durómetro. Los tres métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers Dureza Rockwell: La medición de dureza por el método Rockwell gana amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefija. El número de dureza Rockwell (RH) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre la carga determinada. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo estos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determina combinación constituye una “escala de medición”, caracterizada como A, B, C etc. Y siendo la dureza un numero arbitrario será necesario indicar en qué escala fue obtenida (HRA,HRB,HRC,etc.)
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Ensayo
Penetrador
Carga
Aplicación
Rockwell A
Cono de diamante
60 kg
Materiales muy duros
Rockwell B
Billa de 1/16 plg
100 kg
Latón, acero de baja resistencia
Rockwell C
Cono de diamante
150 kg
Acero de alta resistencia
Rockwell D
Cono de diamante
100 kg
Acero de alta resistencia
Rockwell E
Billa de 1/8 plg
100 kg
Materiales muy suaves
Rockwell F
Billa de 1/16 plg
60 kg
Aluminio, materiales suaves
La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0y una posterior P1(P=P0+P1)tal que inicialmente el cono penetra en la superficie una profundidad h0sobre la acción de la carga P0que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.A continuación se aplica la carga P1y la penetración se acentúa hasta una profundidad h1. Finalmente la carga P1es retirada y la profundidad h determina el número de dureza HR (cabe destacar que h≠h1-h0). La escala de los instrumentos de lectura empleados en las maquinas esta invertida para permitir un lectura directa. “En los certificados de calidad es común utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16” y la carga P1vale 100 Kg. En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kg es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kg y luego efectuada en transformaciones de escala
HRB
utilizando tablas de conversión adecuadas.” Dureza Brinell: Este ensayo consiste en oprimir una bola de acero endurecido contra una probeta. De acuerdo con las especificaciones de la ASTM (ASTM E 10), existe una relación entre la Carga P (kg), el material sometido al ensayo y el diámetro del Penetrador; la cual es la siguiente:
𝑃 = 𝐾 𝐷2
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Dónde: K es la constante del material Material
K
Aceros y fierros
30
Cobre, bronce y latones
10
Aleaciones de Al
5
Sn, Pb
2.5
Muy Blandos
1.25
“Hay disponibles varios tipos de máquinas para hacer este ensayo; pueden clasificarse de acuerdo a : el método de aplicación de la carga ( presión de aceite, tornillo propulsado por engranes, pesas con palanca),método de operación (manual, fuerza motriz), método de medición de la carga (pistón con pesas y calibrador bourdon, dinamómetro, pesas con palanca ), y tamaño ( grande y pequeño).Este tipo de ensayo puede realizarse en una pequeña máquina universal de ensayo mediante el uso de un adaptador adecuado parasujetar la bola, así como las máquinas especiales diseñadas con este propósito”. Los diámetros de penetradores más usuales son: 10, 5, 2.5, 1.25 y 6.25 mm. Al usarse sobre aceros muy duros se requiere que el penetrador no sufra un cambio permanente de diámetro de más de 0,01mm; por esto el penetrador de carboloy (carburo de tungsteno) se usa frecuentemente para el ensaye de los aceros más duros. En el ensayo normal el diámetro de la indentación se mide usando un microscopio micrómetro que lleve una escala transparente grabada en el campo visual; la escala tiene divisiones correspondientes a 0,1 mm y las mediciones se hacen por estimación, hasta cuando menos 0,02mm. El diámetro se toma como promedio de dos lecturas tomadas a 90º una de la otra. Para realizar un ensayo por este procedimiento la superficie de la probeta debe ser plana y estar razonablemente bien pulida; de otra manera se encontrarán dificultades al hacer una determinación exacta del diámetro de la huella. En el
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ensayo normal, la carga completa se mantiene por un mínimo de 15 segundos para los metales no ferrosos, y de 30 segundos para los metales más suaves, y después de este intervalo la carga se retira y se mide el diámetro de la huella hasta 0,02mm más cercano con el microscopio. Sin embargo, frecuentemente se usa un intervalo de 30 segundos para los no ferrosos y uno de 60 segundos para otros metales. El material de la probeta queda permanentemente deformado hasta una distancia apreciable debajo de la superficie de la huella. Si una indentación se hace demasiada cerca del borde de la probeta, éste puede ser demasiado grande y asimétrico; si se hace demasiado cerca de uno anterior, puede resultar demasiado grande debido a la carencia de superficie material sustentante o demasiado pequeño debido al endurecimiento por trabajo del material por la primera indentación. El número de dureza de Brinell es nominalmente la presión por área unitaria (Kg x mm2), de la huella que queda después de retirar la carga; se obtiene dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de la huella, la cual se supone esférica. Si P es la carga aplicada (Kg), D es el diámetro de la bola de acero (mm), y d es el diámetro de la huella (mm), entonces el número de dureza Brinell estará dado por la siguiente relación:
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑2 )
DurezaVickers El método Brinell ya estudiado, posee una serie de insuficiencias. Con dicho método no se puede ensayar proveas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque esta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo. Si se utilizan bolas de acero este hecho limita la prueba Brinell a durezas máximas HB de 400 a 500 por ejemplo, si se usa bolas de carburo se limita a durezas HB 630. A causa de la gran profundidad de la impronta es imposible determinar la dureza de la capa superficial especialmente tratada, porque la bola penetra a través de esta capa a la parte inferior mas blanda. La medición del diámetro de la impronta a veces no es exacta a causa de que el metal
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desalojado por la bola se acumula cerca de los bordes de la impronta. Por eso surgió la necesidad de hallar otros métodos de determinación de la dureza. El método Vickers se deriva directamente del método Brinell y fue introducido en 1952 siendo actualmente uno de los más usados en la determinación de la dureza de materiales, especialmente los materiales delgados y templados con espesores mínimos hasta de 0.2 mm Este método es muy difundido ya que permite medir dureza prácticamente de todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentran y de su espesor. El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida la diagonal “d” de la impresión que quedo sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el área de la superficie lateral de la impresión. El ensayo de dureza Vickers es como el Brinell, un ensayo cuyo objetivo es la determinación de la superficie lateral S, de la huella. El penetrador es una pirámide de diamante de base cuadrada, cuyo ángulo en el vértice es de 136º. La dureza Vickers viene definida por la relación:
𝐻𝑉 =
𝑃 𝑆
Expresándose P en Kg fuerza. La superficie lateral S de la huella puede expresarse en función de la diagonal d del cuadro de la base de la huella piramidal cuando se ha suprimido la carga.
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𝑑2 𝑆= 2𝑠𝑒𝑛68
Con lo que
𝐻𝑉 =
𝟐𝑷𝒔𝒆𝒏𝟔𝟖 𝒅𝟐
=
𝟏.𝟖𝟓𝟒𝟒𝑷 𝒅𝟐
Donde: 𝑑 es la media aritmética de 𝑑1 𝑦 𝑑2
4. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA 4.1. MATERIAL USADO EN EL ENSAYO
1: Aluminio 2: Cobre recocido 3: Bronce 4: Acero liso ACERO C1010 5: Acero corrugado ACERO C1045
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Durómetro Rockwell Marca
Wilson
Modelo
Nº 1 JR 0
Escalas Rockwell de trabajo
A, B, C , D, E, F, G, H, K
Profundidad de la garganta
5-1/4”
Dimensiones promedio
13" x 20" x 24" Alto
Durómetro Brinell
Marca
Avery-Denison Limited
Modelo
LEEDS LS01DE ENGLAND
Capacidad máxima
3000kgf
Procedencia
INGLATERRA
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Durómetro Vickers Marca
LeitzWetzlar
Modelo
EL110-14-I
Indentador Cargas
Pirámide de diamante de base cuadrada ± 0,5 g, 25, 50, 100, 200, 300, 500 g
Objetivos
10x, 50x
Altura máxima de prueba
100mm aprox.
Figura (durómetro Vickers)
4.2.
DESCRIPCIÓN DEL DESARROLLO DEL ENSAYO
4.2.1.1.
Dureza Rockwell electrónico
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a. Primero se elige la escala que se va usar, esto se realiza en la pantalla b. El sistema nos indicará la carga que debemos usar, la cual debemos colocar mediante una perilla lateral. También nos indicará el tipo de indentador que debemos usar para esa escala. c. Colocaremos, luego, el indentador que observamos en la pantalla previamente, ya sea con una billa o con la pirámide de diamante d. Colocamos la probeta en el yunque, y la elevamos usando la manija giratoria inferior hasta que la probeta toque el indentador e. En éste momento se le aplicará la precarga, la cual eliminará la zona elástica. f. Esperamos a que culmine el proceso de perforación hasta que nos arroje el valor calculado. 4.2.1.2.
Dureza Rockwell mecanico(analógico)
a. El procedimiento es similar al utilizado en el durómetro Brinell. b. Colocamos una serie de pesas en la parte posterior del durómetro de acuerdo a la escala Rockwell utilizada para determinado material. c. Se coloca el material en la plataforma y se hace girar en sentido anti horario la manija giratoria hasta que este tocando el Indentador. d. Se sigue girando en sentido anti horario la manivela hasta que en el dial ubicado en la parte frontal del durómetro, la punta de la aguja más pequeña este superponiéndose a una marca en forma de punto. Cabe resaltar que este procedimiento debe ser lo más exacto posible por lo que el operario debe ubicarse frente al dial y girar lo más delicadamente posible la manivela. e. En ese momento la precarga ya se aplicó al material.
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f. Si la aguja más grande no está indicando la posición site (posición inicial) se procede a girar la bocina ubicada debajo de la manija giratoria haciendo que la escala móvil cambie de posición hasta que la aguja más grande este en la posición inicial. g. Se acciona un pulsador ubicado en la base del durómetro. h. Se observa que la aguja más grande se empieza a girar y se espera hasta que no se mueva. i.
Una vez que la aguja este inmóvil nos cercioramos que la palanca ubicada en la parte inferior derecha no se mueva. Entonces se tira firmemente de la palanca hasta que ya no se pueda desplazar.
j.
En ese momento dependiendo del material ensayado se elige mediante una tabla el color de medición apropiado (en nuestro caso elegir entre rojo o negro). Y se procede a la medición tomando solamente el color elegido anteriormente.
1) Primera Experiencia Relación de maquinas:
Durómetro Rockwell (digital) Marca: mito yo ATK-F1000 Hardnesstester *error de +-1.0 Prueba de la maquina con un patrón establecido; con un error de +-1.0 -Cobre: 95.5 (+-1.0) HRB lectura de la maquina: 96.1 HRB -Bronce: 78.4 (+-1.0) HRF lectura de la maquina: 79.4 HRF De este pre -experiencia se comprueba que las lecturas de la maquina son correctas y están dentro del rango.
Herramientas y materiales: -
bolas 1/16” probeta de Al (1) probeta de bronce (3) probeta de Cu (2) probeta de SAE 1010 (acero liso) probeta de SAE 1045 (acero corrugado)
(4) (5)
2) Segunda Experiencia Esta experiencia lo realizamos manualmente siguiendo las indicaciones del profesor, los datos obtenidos en esta parte se compararan con los datos obtenidos anteriormente
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Relación de maquinas:
Durómetro Rockwell.- (analógico) Marca Wilson; Modelo Nº 1 JR 0 * Máxima separación vertical: 3-1/4” * Escalas Rockwell de trabajo: A, B, C , D, E, F, G, H, K * Profundidad de la garganta: 5-1/4” * Dimensiones promedio: 13" x 20" x 24" Alto Escala | Penetrador | Pre-carga | Carga completa B | 1/16" | 10kgf | 100kgf | Rojo | C | Brale | 10kgf | 150kgf | Negro | A | Brale | 10kgf | 60kgf | Negro | D | Brale | 10kgf | 100kgf | Negro | E | 1/8" | 10kgf | 100kgf | Rojo | F | 1/16" | 10kgf | 60kgf | Rojo | G | 1/16" | 10kgf | 150kgf | Rojo | H | 1/8" | 10kgf | 60kgf | Rojo | K | 1/8" | 10kgf | 150kgf | Rojo |
Herramientas y materiales: -
Contrapesos probeta de Al (1) probeta de bronce (3) probeta de Cu (2) probeta de SAE1010 (acero liso) (4) probeta de SAE1045 (acero corrugado) (5)
Contrapeso
4.2.2. Dureza Brinell a. Aseguramos la carga en la parte posterior del durómetro, de acuerdo a la relación carga y diámetro de la billa (para nuestro caso 500kg).
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b. En la parte inferior izquierda del durómetro se aprecia un sistema neumático cuyo control está previsto por un botón; Accionamos este botón haciendo que los contrapesos de la parte posterior se eleven. c. Giramos en sentido anti horario una manija giratoria ubicada en la parte inferior delantera haciendo que el soporte que sostiene el material se eleve lentamente hasta que el Indentador este los más próximo posible al material sin que se ejerzan fuerza entre ella. d. Una vez que los contrapesos dejan de ascender y el sistema neumático está estable se procede a accionar la palanca ubicada en la parte superior derecha. e. El Indentador va ejerciendo cargas al material; se observa que un medidor va subiendo en la pantalla ubicada en la parte frontal del durómetro; una vez que ya no se ejercen fuerzas sobre el material se procede a levantar la palanca y retirar el material. f. Una vez retirado el material se acciona el botón del sistema neumático para poder realizar otra medición.
4.2.3. Dureza Vickers a. El ensayo se efectúa generalmente a una temperatura ambiente (15 a 30 ºC), debido a que las propiedades cambian si se usan otras temperaturas. b. Se usa la carga más adecuada dependiendo del material a analizar. c. La forma de operar es muy sencilla, la carga es aplicada por medio de un juego de palancas que mueven una leva d. El penetrador se pone en o con la superficie de ensayo y se aplica la carga perpendicularmente a la superficie luego e. El penetrador se pone en o con la superficie de ensayo y se aplica la carga perpendicularmente a la superficie luego se mantiene la carga durante un cierto tiempo (por lo general 15 segundos). f. Se coloca automáticamente un microscopio sobre la huella a la vez que se levanta el diamante. La huella formada es muy pequeña y sus bordes forman en la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una retícula graduada y luego en una tabla se halla la dureza.
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4.2.4. Dureza shore Para este ensayo se un durómetro portátil; se procede colocando la base del durómetro sobre la superficie del material que se desee analizar su dureza, se recomienda que se sostenga con firmeza para que este pueda tomar una buena lectura.
4.3.
TOMA DE DATOS CALCULOS Y TABULACIONES
4.3.1. Dureza Rockwell: Primera Experiencia Aluminio(Al) se uso la escala F; carga 60 Lecturas: 91.5HRF; 91.8HRF; 92.7HRF Promedio: 92HRF Bronce: se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 70.6 HRB; 68.3 HRB; 71.1 HRB Promedio: 70 HRB Cobre (Cu) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 47.2 HRB; 46.8 HRB; 46.4 HRB Promedio: 46.8 HRB
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Acero (liso) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 69.9 HRB; 70.0 HRB; 70.4 HRB Promedio: 70.1 HRB Acero (corrugado) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 95.3 HRB; 94.9 HRB; 95.5 HRB Promedio: 95.23 HRB
2 Primera Experiencia Aluminio(Al) se uso la escala F; carga 60 Lecturas: 91.9HRF; 92.5HRF; 93.0HRF Promedio: 92.47HRF Bronce: se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 70.7 HRB; 72.0 HRB; 71.0 HRB Promedio: 71.23 HRB Cobre (Cu) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 40.7 HRB; 43.0 HRB; 41.0 HRB Promedio: 41.57 HRB Acero (liso) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 71.2 HRB; 70.5 HRB; 71.0 HRB Promedio: 70.47 HRB Acero (corrugado) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 95.0 HRB; 94.5 HRB; 96.0 HRB Promedio: 95.17 HRB
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CUADRO DE COMPARACIÓN
materiales
1ra experiencia maquina 2da experiencia maquina digital analógica
Aluminio
92.0 HRF
92.47 HRF
Bronce
70.0 HRB
71.23 HRB
Cobre
46.8 HRB
41.50 HRB
Acero liso
70.1 HRB
70.47 HRB
Acero corrugado
95.23 HRB
95.17 HRB
4.3.2. Dureza Brinell:
Diámetro de la huella(mm)
Al G1
4.175
G2
4.238
G3
4.210
Medidas del aluminio:
Espesor = 17.65mm
Largo
= 115.8mm
Ancho
= 75.9mm
Cálculo: Usando la propiedad:
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )
Obtenemos los siguientes datos:
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material
diámetro
P(kg)
HB
G1
Al
4.175
500
36.2374
G2
Al
4.238
500
35.1596
G3
Al
4.210
500
35.6326
4.3.3. Dureza vickers 𝑴𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍
𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 (𝒈𝒓𝒂𝒎𝒐𝒔)
𝑷𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒂𝒈𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔
𝒌𝒈 𝑫𝒖𝒓𝒆𝒛𝒂 ( ) 𝒎𝒎𝟐 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒏𝒅𝒐 𝑯𝑽 = 𝟏. 𝟖𝟓𝟒
𝑨𝒄𝒆𝒓𝒐 (𝟏𝟎𝟒𝟓)
39
200
243.79
𝑨𝒄𝒆𝒓𝒐 𝒍𝒊𝒔𝒐 (𝟏𝟎𝟏𝟎)
46
200
175.24
𝑩𝒓𝒐𝒏𝒄𝒆
44
200
191.53
𝑪𝒐𝒃𝒓𝒆
84
200
52.55
𝒂𝒍𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒐
82
200
55.15
4.4.
𝑷 𝒅𝟐
GRÁFICOS Y/O FOTOGRAFÍA
4.4.1. Grafica de rockwell
GRÁFICA DE ROCKWELL 120 100
DUREZA
80 60
MECANICO
40
ELECTRONICO
20 0 ACERO 1045
ACERO 1010
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BRONCE
COBRE ALUMINIO
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4.4.2. Grafica de Brinell
DUREZA 37 36.5 36 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 30.5 30
DUREZA
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
4.4.3. Grafica de Vickers
grafico comparativo de la dureza 300 250 200 150
DUREZA
100
DIAGONAL MEDIA
50 0 COBRE ALUMINIO ACERO 1010
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BRONCE
ACERO 1045
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Pesas usadas
toma de datos
Calibración
observación
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DUROMETRO SHORE ANALOGICO
PRUEVA DE PVC
DUROMETRO SHORE DIGITAL
PRUEVA DE HDPE
MICROSCOPIO ELECTRONICO USADO EN PARA HALLAR LA MEDIDAS DE DIAMETRO
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5. OBSERVACIONES
Se observa que en la dureza obtenida del cobre difieren, esto debido a que las probetas utilizadas no son de la misma proporción de Cu, esto altera los datos que se obtienen. Se observa también que la maquina digital tiene mejor precisión, pero los datos que arroja el analógico no dista mucho que el anterior. Al realizar la segunda experiencia se debe tener mucha precisión a la hora de colocar las manecillas (agujas) para así no tener un mayor margen de error. Debido a que el escleroscopio estuvo malogrado solo realizamos las pruebas con el durómetro digital. Las muestras a las que realizamos las pruebas no fueron las mismas (acero corrugado, acero SAE1010, aluminio, cobre, bronce) sino solos a dos (polietileno de alta densidad y policloruro de vinilo). Al ser polímeros no tenemos una muestra en tablas para su comparación. Los valores de dureza son grandes en comparación a otros matariles hallados en tablas para dureza Shore. En el caso del casco tuvimos que ubicar una zona plana y además que no sea flexible para poder mantener firme nuestro durómetro a la hora de la medición.
6. CONCLUSIONES.
En el método de dureza Vickers no interesa el peso para poder medir la dureza ya que esta es proporcional a la profundidad.
La escala vickers se puede utilizar en diversos materiales desde los más delgados hasta los más duros.
La escala Vickers sirve para medir micro durezas ya que mediante esta escala podemos medir la dureza de alambres y materiales delgados, mientras más dureza tenga el material las diagonales serán menores.
El ensayo Vickers resulta la mejor opción para poder medir dureza de todos los materiales metálicos independiente del estadofísico en que se encuentren y de su espesor.
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El ensayo debe efectuarse sobre una superficie lisa y plana, exenta de óxidos y materiales extrañas, especialmente de lubricantes, ya que puede cambiar los resultados esperados.
La probeta debe colocarse sobre un soporte rígido, que deben estar limpias para evitar desperfectos como desplazamiento durante el ensayo.
Durante el ensayo, los aparatos deben protegerse contra los choques o vibraciones.
Se concluye que las dos experiencias realizadas son confiables, ya que los datos obtenidos están dentro del rango de error y se ajustan a los datos de las tablas. El ensayo Rockwell es uno de los más utilizados, porque no constituye una gran pérdida de material, incluso es posible reutilizar la pieza. El ensayo Rockwell es de amplia aplicación pues se puede utilizar tanto en materiales duros como blandos. Este ensayo es fácil de realizar porque su valor es dado directamente sin implicar mayores cálculos matemáticos. En este ensayo debemos tener cuidado debido a que la maquina
funciona con aceite, y si no se le trata con cuidado podría expulsar este aceite.
Podemos concluir que nuestro durómetro digital tiene otras unidades siendo el mismo Shore, análogo al Rockwell donde hay A, B, C,.., K. No pudimos realizar la medición a nuestras muestras dado que tenían una superficie plana muy pequeña como para colocar el durómetro digital en ella.
7. RECOMENDACIONES
El ensayo debe efectuarse sobre una superficie lisa y plana, exenta de óxidos y materiales extrañas, especialmente de lubricantes, ya que puede cambiar los resultados esperados.
La probeta debe colocarse sobre un soporte rígido, que deben estar limpias para evitar desperfectos como desplazamiento durante el ensayo.
Durante el ensayo, los aparatos deben protegerse contra los choques o vibraciones.
Al momento de usar el durómetro Rockwell mecánico se debe tener cuidado de hacer pasar la aguja pequeña del punto indicado.
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8. ANEXOS
Durezas Materiales Aluminio Cobre Bronce Acero 1010 Acero 1045
Rockwell Mecánico Electrónico 92 HRF 93 HRF 47 HRB 43 HRB 70 HRB 71 HRB 70 HRB 71 HRB 95 HRB
96 HRB
Vickers
Brinell
55 HV 53 HV 192 HV 175 HV
36 HB -
244 HV
-
Gráfico comparativo de durezas 300 250
Durezas
200 Rockwell Mecánico
150
Rockwell Electrónico Vickers
100
Brinell 50 0 1
2
3
4
5
Materiales
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CUADRO A UTLISARSE PARA LA EXPERIENCIA ROCKWELL
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9. BIBLIOGRAFÍA Fundamentos de ciencia de ingeniería de materialesWilliam Smith. Ed. Mc. Graw-Hill. Tecnología de los materiales industrialesLasheras Sánches.
Mecánicas y Propiedades de los MetalesZolotorevski, V. Editorial Mir.
Ciencia e ingeniería de los materiales. Donal R. Askeland. Internation Thompson editors.
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ÍNDICE INTRODUCCION…………………………………………………………………..02
OBJETIVOS…………………………………………………………………………03 FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………………..04
DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA .................................................................09
DESCRIPCIÒN DEL DESARROLLO DEL ENSAYO ..............................................11
TOMA DE DATOS CALCULOS Y TABULACIONES ............................................16
GRAFICO Y/O FOTOGRAFÍA ..................................................................................19
OBSERVACIONES .....................................................................................................23
CONCLUIONES ..........................................................................................................23
RECOMENDACIONES ..............................................................................................24
ANEXOS ......................................................................................................................25
BIBLIOGRAFIA ..........................................................................................................27
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1. INTRODUCCIÓN En nuestra vida cotidiana observamos todo tipo de materiales metálicos, en los que por necesidad o estética necesita estar liso y soportar a las ralladuras que a veces se le expone, para poder fabricar los materiales con esa propiedad de resistencia es necesario conocer que materiales son los adecuados, para esto debemos conocer los métodos por los cuales se puede llegar a medir la resistencia a ser rayado del material, a esta propiedad que tienen los materiales se le denomina dureza. En el presente laboratorio daremos a conocer los diferentes métodos de medición de la dureza, así como también comparar y graficar los datos obtenidos, teniendo en cuenta de que material se trata, si es blando o duro, presentaremos también un marco teórico, definiéndonos cada tipo de método utilizado en el laboratorio, para así tomar ciertas precauciones necesarias para que no ocurra ningún tipo de incidente que pueda dañar los equipos utilizados en la experiencia. Para ésta práctica se dio un breve repaso del funcionamiento de la máquina de pruebas o ensayos que se usa para cada uno de los métodos como Brinell, Rockwell, etc. así como el desarrollo de la práctica, también se nos dio la fórmula para encontrar la dureza Rockwell de cada uno de los ensayos. Esperamos que el presente trabajo ayude a comprender el tema tanto a nosotros como para quien lo lea.
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2. OBJETIVOS
Que el alumno conozca el funcionamiento de una máquina para ensayos de dureza Rockwell llamada durómetro, también es importante conocer los riesgos que representa el uso inadecuado de la máquina.
Determinar la dureza de Rockwell, Vickers y shore en cada una de las piezas metálicas que se nos han proporcionado, mediante el uso correcto de los tipos de penetradores y de las cargas aplicadas en el ensayo.
Comparar mediante gráficas las durezas de las distintas probetas que se nos proporcionará.
Conocer y manejar las diferentes máquinas que se usan en los ensayo de dureza, Rockwell y Vickers.
Conocer el procedimiento adecuado para la realización de un ensayo de dureza.
Determinar y comparar las propiedades mecánicas de los materiales metálicos y polímeros, a través de los ensayos de dureza (Vickers, Rockwell y shore).
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3. FUNDAMENTO TEÓRICO DEFINICIÓN DE DUREZA La dureza de un material es su capacidad de resistir una deformación plástica localizada. Las medidas de dureza son ampliamente utilizadas porque a partir de ellas se obtiene una idea aproximada o comparativa de las características mecánicas de un material. Para su determinación se utilizan ensayos basados en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro. Estos métodos consisten en producir una huella en el material que se ensaya aplicando sobre él un penetrador con una presión determinada, y hallando el índice de dureza en función de la presión ejercida y la profundidad o diámetro de la huella. Este penetrador va acoplado a una máquina llamada durómetro. Los tres métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers Dureza Rockwell: La medición de dureza por el método Rockwell gana amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo.El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefija. El número de dureza Rockwell (RH) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre la carga determinada. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo estos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determina combinación constituye una “escala de medición”, caracterizada como A, B, C etc. Y siendo la dureza un numero arbitrario será necesario indicar en qué escala fue obtenida (HRA,HRB,HRC,etc.)
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Ensayo
Penetrador
Carga
Aplicación
Rockwell A
Cono de diamante
60 kg
Materiales muy duros
Rockwell B
Billa de 1/16 plg
100 kg
Latón, acero de baja resistencia
Rockwell C
Cono de diamante
150 kg
Acero de alta resistencia
Rockwell D
Cono de diamante
100 kg
Acero de alta resistencia
Rockwell E
Billa de 1/8 plg
100 kg
Materiales muy suaves
Rockwell F
Billa de 1/16 plg
60 kg
Aluminio, materiales suaves
La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0y una posterior P1(P=P0+P1)tal que inicialmente el cono penetra en la superficie una profundidad h0sobre la acción de la carga P0que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.A continuación se aplica la carga P1y la penetración se acentúa hasta una profundidad h1. Finalmente la carga P1es retirada y la profundidad h determina el número de dureza HR (cabe destacar que h≠h1-h0). La escala de los instrumentos de lectura empleados en las maquinas esta invertida para permitir un lectura directa. “En los certificados de calidad es común utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16” y la carga P1vale 100 Kg. En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kg es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kg y luego efectuada en transformaciones de escala
HRB
utilizando tablas de conversión adecuadas.” Dureza Brinell: Este ensayo consiste en oprimir una bola de acero endurecido contra una probeta. De acuerdo con las especificaciones de la ASTM (ASTM E 10), existe una relación entre la Carga P (kg), el material sometido al ensayo y el diámetro del Penetrador; la cual es la siguiente:
𝑃 = 𝐾 𝐷2
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Dónde: K es la constante del material Material
K
Aceros y fierros
30
Cobre, bronce y latones
10
Aleaciones de Al
5
Sn, Pb
2.5
Muy Blandos
1.25
“Hay disponibles varios tipos de máquinas para hacer este ensayo; pueden clasificarse de acuerdo a : el método de aplicación de la carga ( presión de aceite, tornillo propulsado por engranes, pesas con palanca),método de operación (manual, fuerza motriz), método de medición de la carga (pistón con pesas y calibrador bourdon, dinamómetro, pesas con palanca ), y tamaño ( grande y pequeño).Este tipo de ensayo puede realizarse en una pequeña máquina universal de ensayo mediante el uso de un adaptador adecuado parasujetar la bola, así como las máquinas especiales diseñadas con este propósito”. Los diámetros de penetradores más usuales son: 10, 5, 2.5, 1.25 y 6.25 mm. Al usarse sobre aceros muy duros se requiere que el penetrador no sufra un cambio permanente de diámetro de más de 0,01mm; por esto el penetrador de carboloy (carburo de tungsteno) se usa frecuentemente para el ensaye de los aceros más duros. En el ensayo normal el diámetro de la indentación se mide usando un microscopio micrómetro que lleve una escala transparente grabada en el campo visual; la escala tiene divisiones correspondientes a 0,1 mm y las mediciones se hacen por estimación, hasta cuando menos 0,02mm. El diámetro se toma como promedio de dos lecturas tomadas a 90º una de la otra. Para realizar un ensayo por este procedimiento la superficie de la probeta debe ser plana y estar razonablemente bien pulida; de otra manera se encontrarán dificultades al hacer una determinación exacta del diámetro de la huella. En el
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ensayo normal, la carga completa se mantiene por un mínimo de 15 segundos para los metales no ferrosos, y de 30 segundos para los metales más suaves, y después de este intervalo la carga se retira y se mide el diámetro de la huella hasta 0,02mm más cercano con el microscopio. Sin embargo, frecuentemente se usa un intervalo de 30 segundos para los no ferrosos y uno de 60 segundos para otros metales. El material de la probeta queda permanentemente deformado hasta una distancia apreciable debajo de la superficie de la huella. Si una indentación se hace demasiada cerca del borde de la probeta, éste puede ser demasiado grande y asimétrico; si se hace demasiado cerca de uno anterior, puede resultar demasiado grande debido a la carencia de superficie material sustentante o demasiado pequeño debido al endurecimiento por trabajo del material por la primera indentación. El número de dureza de Brinell es nominalmente la presión por área unitaria (Kg x mm2), de la huella que queda después de retirar la carga; se obtiene dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de la huella, la cual se supone esférica. Si P es la carga aplicada (Kg), D es el diámetro de la bola de acero (mm), y d es el diámetro de la huella (mm), entonces el número de dureza Brinell estará dado por la siguiente relación:
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑2 )
DurezaVickers El método Brinell ya estudiado, posee una serie de insuficiencias. Con dicho método no se puede ensayar proveas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque esta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo. Si se utilizan bolas de acero este hecho limita la prueba Brinell a durezas máximas HB de 400 a 500 por ejemplo, si se usa bolas de carburo se limita a durezas HB 630. A causa de la gran profundidad de la impronta es imposible determinar la dureza de la capa superficial especialmente tratada, porque la bola penetra a través de esta capa a la parte inferior mas blanda. La medición del diámetro de la impronta a veces no es exacta a causa de que el metal
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desalojado por la bola se acumula cerca de los bordes de la impronta. Por eso surgió la necesidad de hallar otros métodos de determinación de la dureza. El método Vickers se deriva directamente del método Brinell y fue introducido en 1952 siendo actualmente uno de los más usados en la determinación de la dureza de materiales, especialmente los materiales delgados y templados con espesores mínimos hasta de 0.2 mm Este método es muy difundido ya que permite medir dureza prácticamente de todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentran y de su espesor. El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida la diagonal “d” de la impresión que quedo sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kgf) y el área de la superficie lateral de la impresión. El ensayo de dureza Vickers es como el Brinell, un ensayo cuyo objetivo es la determinación de la superficie lateral S, de la huella. El penetrador es una pirámide de diamante de base cuadrada, cuyo ángulo en el vértice es de 136º. La dureza Vickers viene definida por la relación:
𝐻𝑉 =
𝑃 𝑆
Expresándose P en Kg fuerza. La superficie lateral S de la huella puede expresarse en función de la diagonal d del cuadro de la base de la huella piramidal cuando se ha suprimido la carga.
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𝑑2 𝑆= 2𝑠𝑒𝑛68
Con lo que
𝐻𝑉 =
𝟐𝑷𝒔𝒆𝒏𝟔𝟖 𝒅𝟐
=
𝟏.𝟖𝟓𝟒𝟒𝑷 𝒅𝟐
Donde: 𝑑 es la media aritmética de 𝑑1 𝑦 𝑑2
4. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA 4.1. MATERIAL USADO EN EL ENSAYO
1: Aluminio 2: Cobre recocido 3: Bronce 4: Acero liso ACERO C1010 5: Acero corrugado ACERO C1045
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Durómetro Rockwell Marca
Wilson
Modelo
Nº 1 JR 0
Escalas Rockwell de trabajo
A, B, C , D, E, F, G, H, K
Profundidad de la garganta
5-1/4”
Dimensiones promedio
13" x 20" x 24" Alto
Durómetro Brinell
Marca
Avery-Denison Limited
Modelo
LEEDS LS01DE ENGLAND
Capacidad máxima
3000kgf
Procedencia
INGLATERRA
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Durómetro Vickers Marca
LeitzWetzlar
Modelo
EL110-14-I
Indentador Cargas
Pirámide de diamante de base cuadrada ± 0,5 g, 25, 50, 100, 200, 300, 500 g
Objetivos
10x, 50x
Altura máxima de prueba
100mm aprox.
Figura (durómetro Vickers)
4.2.
DESCRIPCIÓN DEL DESARROLLO DEL ENSAYO
4.2.1.1.
Dureza Rockwell electrónico
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a. Primero se elige la escala que se va usar, esto se realiza en la pantalla b. El sistema nos indicará la carga que debemos usar, la cual debemos colocar mediante una perilla lateral. También nos indicará el tipo de indentador que debemos usar para esa escala. c. Colocaremos, luego, el indentador que observamos en la pantalla previamente, ya sea con una billa o con la pirámide de diamante d. Colocamos la probeta en el yunque, y la elevamos usando la manija giratoria inferior hasta que la probeta toque el indentador e. En éste momento se le aplicará la precarga, la cual eliminará la zona elástica. f. Esperamos a que culmine el proceso de perforación hasta que nos arroje el valor calculado. 4.2.1.2.
Dureza Rockwell mecanico(analógico)
a. El procedimiento es similar al utilizado en el durómetro Brinell. b. Colocamos una serie de pesas en la parte posterior del durómetro de acuerdo a la escala Rockwell utilizada para determinado material. c. Se coloca el material en la plataforma y se hace girar en sentido anti horario la manija giratoria hasta que este tocando el Indentador. d. Se sigue girando en sentido anti horario la manivela hasta que en el dial ubicado en la parte frontal del durómetro, la punta de la aguja más pequeña este superponiéndose a una marca en forma de punto. Cabe resaltar que este procedimiento debe ser lo más exacto posible por lo que el operario debe ubicarse frente al dial y girar lo más delicadamente posible la manivela. e. En ese momento la precarga ya se aplicó al material.
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f. Si la aguja más grande no está indicando la posición site (posición inicial) se procede a girar la bocina ubicada debajo de la manija giratoria haciendo que la escala móvil cambie de posición hasta que la aguja más grande este en la posición inicial. g. Se acciona un pulsador ubicado en la base del durómetro. h. Se observa que la aguja más grande se empieza a girar y se espera hasta que no se mueva. i.
Una vez que la aguja este inmóvil nos cercioramos que la palanca ubicada en la parte inferior derecha no se mueva. Entonces se tira firmemente de la palanca hasta que ya no se pueda desplazar.
j.
En ese momento dependiendo del material ensayado se elige mediante una tabla el color de medición apropiado (en nuestro caso elegir entre rojo o negro). Y se procede a la medición tomando solamente el color elegido anteriormente.
1) Primera Experiencia Relación de maquinas:
Durómetro Rockwell (digital) Marca: mito yo ATK-F1000 Hardnesstester *error de +-1.0 Prueba de la maquina con un patrón establecido; con un error de +-1.0 -Cobre: 95.5 (+-1.0) HRB lectura de la maquina: 96.1 HRB -Bronce: 78.4 (+-1.0) HRF lectura de la maquina: 79.4 HRF De este pre -experiencia se comprueba que las lecturas de la maquina son correctas y están dentro del rango.
Herramientas y materiales: -
bolas 1/16” probeta de Al (1) probeta de bronce (3) probeta de Cu (2) probeta de SAE 1010 (acero liso) probeta de SAE 1045 (acero corrugado)
(4) (5)
2) Segunda Experiencia Esta experiencia lo realizamos manualmente siguiendo las indicaciones del profesor, los datos obtenidos en esta parte se compararan con los datos obtenidos anteriormente
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Relación de maquinas:
Durómetro Rockwell.- (analógico) Marca Wilson; Modelo Nº 1 JR 0 * Máxima separación vertical: 3-1/4” * Escalas Rockwell de trabajo: A, B, C , D, E, F, G, H, K * Profundidad de la garganta: 5-1/4” * Dimensiones promedio: 13" x 20" x 24" Alto Escala | Penetrador | Pre-carga | Carga completa B | 1/16" | 10kgf | 100kgf | Rojo | C | Brale | 10kgf | 150kgf | Negro | A | Brale | 10kgf | 60kgf | Negro | D | Brale | 10kgf | 100kgf | Negro | E | 1/8" | 10kgf | 100kgf | Rojo | F | 1/16" | 10kgf | 60kgf | Rojo | G | 1/16" | 10kgf | 150kgf | Rojo | H | 1/8" | 10kgf | 60kgf | Rojo | K | 1/8" | 10kgf | 150kgf | Rojo |
Herramientas y materiales: -
Contrapesos probeta de Al (1) probeta de bronce (3) probeta de Cu (2) probeta de SAE1010 (acero liso) (4) probeta de SAE1045 (acero corrugado) (5)
Contrapeso
4.2.2. Dureza Brinell a. Aseguramos la carga en la parte posterior del durómetro, de acuerdo a la relación carga y diámetro de la billa (para nuestro caso 500kg).
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b. En la parte inferior izquierda del durómetro se aprecia un sistema neumático cuyo control está previsto por un botón; Accionamos este botón haciendo que los contrapesos de la parte posterior se eleven. c. Giramos en sentido anti horario una manija giratoria ubicada en la parte inferior delantera haciendo que el soporte que sostiene el material se eleve lentamente hasta que el Indentador este los más próximo posible al material sin que se ejerzan fuerza entre ella. d. Una vez que los contrapesos dejan de ascender y el sistema neumático está estable se procede a accionar la palanca ubicada en la parte superior derecha. e. El Indentador va ejerciendo cargas al material; se observa que un medidor va subiendo en la pantalla ubicada en la parte frontal del durómetro; una vez que ya no se ejercen fuerzas sobre el material se procede a levantar la palanca y retirar el material. f. Una vez retirado el material se acciona el botón del sistema neumático para poder realizar otra medición.
4.2.3. Dureza Vickers a. El ensayo se efectúa generalmente a una temperatura ambiente (15 a 30 ºC), debido a que las propiedades cambian si se usan otras temperaturas. b. Se usa la carga más adecuada dependiendo del material a analizar. c. La forma de operar es muy sencilla, la carga es aplicada por medio de un juego de palancas que mueven una leva d. El penetrador se pone en o con la superficie de ensayo y se aplica la carga perpendicularmente a la superficie luego e. El penetrador se pone en o con la superficie de ensayo y se aplica la carga perpendicularmente a la superficie luego se mantiene la carga durante un cierto tiempo (por lo general 15 segundos). f. Se coloca automáticamente un microscopio sobre la huella a la vez que se levanta el diamante. La huella formada es muy pequeña y sus bordes forman en la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una retícula graduada y luego en una tabla se halla la dureza.
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4.2.4. Dureza shore Para este ensayo se un durómetro portátil; se procede colocando la base del durómetro sobre la superficie del material que se desee analizar su dureza, se recomienda que se sostenga con firmeza para que este pueda tomar una buena lectura.
4.3.
TOMA DE DATOS CALCULOS Y TABULACIONES
4.3.1. Dureza Rockwell: Primera Experiencia Aluminio(Al) se uso la escala F; carga 60 Lecturas: 91.5HRF; 91.8HRF; 92.7HRF Promedio: 92HRF Bronce: se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 70.6 HRB; 68.3 HRB; 71.1 HRB Promedio: 70 HRB Cobre (Cu) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 47.2 HRB; 46.8 HRB; 46.4 HRB Promedio: 46.8 HRB
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Acero (liso) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 69.9 HRB; 70.0 HRB; 70.4 HRB Promedio: 70.1 HRB Acero (corrugado) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 95.3 HRB; 94.9 HRB; 95.5 HRB Promedio: 95.23 HRB
2 Primera Experiencia Aluminio(Al) se uso la escala F; carga 60 Lecturas: 91.9HRF; 92.5HRF; 93.0HRF Promedio: 92.47HRF Bronce: se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 70.7 HRB; 72.0 HRB; 71.0 HRB Promedio: 71.23 HRB Cobre (Cu) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 40.7 HRB; 43.0 HRB; 41.0 HRB Promedio: 41.57 HRB Acero (liso) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 71.2 HRB; 70.5 HRB; 71.0 HRB Promedio: 70.47 HRB Acero (corrugado) Se uso la escala B; carga 100 Lecturas: 95.0 HRB; 94.5 HRB; 96.0 HRB Promedio: 95.17 HRB
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CUADRO DE COMPARACIÓN
materiales
1ra experiencia maquina 2da experiencia maquina digital analógica
Aluminio
92.0 HRF
92.47 HRF
Bronce
70.0 HRB
71.23 HRB
Cobre
46.8 HRB
41.50 HRB
Acero liso
70.1 HRB
70.47 HRB
Acero corrugado
95.23 HRB
95.17 HRB
4.3.2. Dureza Brinell:
Diámetro de la huella(mm)
Al G1
4.175
G2
4.238
G3
4.210
Medidas del aluminio:
Espesor = 17.65mm
Largo
= 115.8mm
Ancho
= 75.9mm
Cálculo: Usando la propiedad:
𝐻𝐵 =
2𝑃 𝜋𝐷(𝐷 − √𝐷2 − 𝑑 2 )
Obtenemos los siguientes datos:
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material
diámetro
P(kg)
HB
G1
Al
4.175
500
36.2374
G2
Al
4.238
500
35.1596
G3
Al
4.210
500
35.6326
4.3.3. Dureza vickers 𝑴𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍
𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 (𝒈𝒓𝒂𝒎𝒐𝒔)
𝑷𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒂𝒈𝒐𝒏𝒂𝒍𝒆𝒔
𝒌𝒈 𝑫𝒖𝒓𝒆𝒛𝒂 ( ) 𝒎𝒎𝟐 𝒖𝒕𝒊𝒍𝒊𝒛𝒂𝒏𝒅𝒐 𝑯𝑽 = 𝟏. 𝟖𝟓𝟒
𝑨𝒄𝒆𝒓𝒐 (𝟏𝟎𝟒𝟓)
39
200
243.79
𝑨𝒄𝒆𝒓𝒐 𝒍𝒊𝒔𝒐 (𝟏𝟎𝟏𝟎)
46
200
175.24
𝑩𝒓𝒐𝒏𝒄𝒆
44
200
191.53
𝑪𝒐𝒃𝒓𝒆
84
200
52.55
𝒂𝒍𝒖𝒎𝒊𝒏𝒊𝒐
82
200
55.15
4.4.
𝑷 𝒅𝟐
GRÁFICOS Y/O FOTOGRAFÍA
4.4.1. Grafica de rockwell
GRÁFICA DE ROCKWELL 120 100
DUREZA
80 60
MECANICO
40
ELECTRONICO
20 0 ACERO 1045
ACERO 1010
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BRONCE
COBRE ALUMINIO
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4.4.2. Grafica de Brinell
DUREZA 37 36.5 36 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 30.5 30
DUREZA
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
4.4.3. Grafica de Vickers
grafico comparativo de la dureza 300 250 200 150
DUREZA
100
DIAGONAL MEDIA
50 0 COBRE ALUMINIO ACERO 1010
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BRONCE
ACERO 1045
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Pesas usadas
toma de datos
Calibración
observación
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DUROMETRO SHORE ANALOGICO
PRUEVA DE PVC
DUROMETRO SHORE DIGITAL
PRUEVA DE HDPE
MICROSCOPIO ELECTRONICO USADO EN PARA HALLAR LA MEDIDAS DE DIAMETRO
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5. OBSERVACIONES
Se observa que en la dureza obtenida del cobre difieren, esto debido a que las probetas utilizadas no son de la misma proporción de Cu, esto altera los datos que se obtienen. Se observa también que la maquina digital tiene mejor precisión, pero los datos que arroja el analógico no dista mucho que el anterior. Al realizar la segunda experiencia se debe tener mucha precisión a la hora de colocar las manecillas (agujas) para así no tener un mayor margen de error. Debido a que el escleroscopio estuvo malogrado solo realizamos las pruebas con el durómetro digital. Las muestras a las que realizamos las pruebas no fueron las mismas (acero corrugado, acero SAE1010, aluminio, cobre, bronce) sino solos a dos (polietileno de alta densidad y policloruro de vinilo). Al ser polímeros no tenemos una muestra en tablas para su comparación. Los valores de dureza son grandes en comparación a otros matariles hallados en tablas para dureza Shore. En el caso del casco tuvimos que ubicar una zona plana y además que no sea flexible para poder mantener firme nuestro durómetro a la hora de la medición.
6. CONCLUSIONES.
En el método de dureza Vickers no interesa el peso para poder medir la dureza ya que esta es proporcional a la profundidad.
La escala vickers se puede utilizar en diversos materiales desde los más delgados hasta los más duros.
La escala Vickers sirve para medir micro durezas ya que mediante esta escala podemos medir la dureza de alambres y materiales delgados, mientras más dureza tenga el material las diagonales serán menores.
El ensayo Vickers resulta la mejor opción para poder medir dureza de todos los materiales metálicos independiente del estadofísico en que se encuentren y de su espesor.
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El ensayo debe efectuarse sobre una superficie lisa y plana, exenta de óxidos y materiales extrañas, especialmente de lubricantes, ya que puede cambiar los resultados esperados.
La probeta debe colocarse sobre un soporte rígido, que deben estar limpias para evitar desperfectos como desplazamiento durante el ensayo.
Durante el ensayo, los aparatos deben protegerse contra los choques o vibraciones.
Se concluye que las dos experiencias realizadas son confiables, ya que los datos obtenidos están dentro del rango de error y se ajustan a los datos de las tablas. El ensayo Rockwell es uno de los más utilizados, porque no constituye una gran pérdida de material, incluso es posible reutilizar la pieza. El ensayo Rockwell es de amplia aplicación pues se puede utilizar tanto en materiales duros como blandos. Este ensayo es fácil de realizar porque su valor es dado directamente sin implicar mayores cálculos matemáticos. En este ensayo debemos tener cuidado debido a que la maquina
funciona con aceite, y si no se le trata con cuidado podría expulsar este aceite.
Podemos concluir que nuestro durómetro digital tiene otras unidades siendo el mismo Shore, análogo al Rockwell donde hay A, B, C,.., K. No pudimos realizar la medición a nuestras muestras dado que tenían una superficie plana muy pequeña como para colocar el durómetro digital en ella.
7. RECOMENDACIONES
El ensayo debe efectuarse sobre una superficie lisa y plana, exenta de óxidos y materiales extrañas, especialmente de lubricantes, ya que puede cambiar los resultados esperados.
La probeta debe colocarse sobre un soporte rígido, que deben estar limpias para evitar desperfectos como desplazamiento durante el ensayo.
Durante el ensayo, los aparatos deben protegerse contra los choques o vibraciones.
Al momento de usar el durómetro Rockwell mecánico se debe tener cuidado de hacer pasar la aguja pequeña del punto indicado.
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8. ANEXOS
Durezas Materiales Aluminio Cobre Bronce Acero 1010 Acero 1045
Rockwell Mecánico Electrónico 92 HRF 93 HRF 47 HRB 43 HRB 70 HRB 71 HRB 70 HRB 71 HRB 95 HRB
96 HRB
Vickers
Brinell
55 HV 53 HV 192 HV 175 HV
36 HB -
244 HV
-
Gráfico comparativo de durezas 300 250
Durezas
200 Rockwell Mecánico
150
Rockwell Electrónico Vickers
100
Brinell 50 0 1
2
3
4
5
Materiales
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
CUADRO A UTLISARSE PARA LA EXPERIENCIA ROCKWELL
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9. BIBLIOGRAFÍA Fundamentos de ciencia de ingeniería de materialesWilliam Smith. Ed. Mc. Graw-Hill. Tecnología de los materiales industrialesLasheras Sánches.
Mecánicas y Propiedades de los MetalesZolotorevski, V. Editorial Mir.
Ciencia e ingeniería de los materiales. Donal R. Askeland. Internation Thompson editors.
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