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Informe final dureza resistencia de materiales

Informe Dureza en materiales. www.unitecnologica.edu.co Caso de estudio: Informe dureza. Eduardo Salcedo Oviedo Silvio Meza Bautista Juan Camilo Ruiz Baiz

T00040742 T00043797 T00044121

Laboratorio de resistencia de materiales de ingeniería, Cartagena, Colombia.

INFORMACIÓN DEL ANÁLISIS Observar comportamiento materiales cuando analizados durómetros.

RESUMEN el de son con

Palabras claves: - Durometro. - Indentador. - Brinell. - Rockwell C.

El termino de dureza en un parámetro decisivo a la hora de la correcta selección del material que necesitemos, términos como Brinell, Vickers deben ser conocidos perfectamente por un estudiante de ingeniera, como por un ingeniero ya formado, en el presente informe vemos como como se realizan las prácticas de Brinell y Rockwell C. Además de las equivalencias que están tienen mediante tablas de conversión para poder llevar un parámetro de selección a otra escala.

- Carga.

ANALYSIS INFORMATION Observe the behavior of materials when they are analyzed with durometers. Keywords: - Durometer - Indenter. - Brinell. - Rockwell C. - Load.

ABSTRACT The term of hardness in a decisive parameter at the time of the correct selection of the material that we need, terms like Brinell, Vickers must be perfectly known by an engineering student, as by an engineer already trained, in this report we see how they carry out the practices of Brinell and Rockwell C. In addition to the equivalencies they have, they use conversion tables to be able to carry a selection parameter to another scale.

Universidad Tecnológica de Bolívar – Programas de Ingeniería Mecánica.

I.

INTRODUCCIÓN

Analizar el tipo de comportamiento de distintos tipos de materiales los cuales son sometidos a la prueba en un Durometro en cual nos dará la dureza en la escala Rockwell y Brinell. Este parámetro nos dará el valor para poder escoger un material que se ajuste al tipo de dureza que nosotros obtuvimos. Estos catálogos son suministrados por empresas al ingeniero para facilitarles la tarea. Además de la Vickers y la Brinell también existen otros tipos de ensayo como lo son el Shore y el Knoop. Este tipo de ensayos son hechos, uno para materiales frágiles y otro para materiales tipo caucho. El fenómeno de dureza se define como la resistencia del material al ser rayado

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II.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: 

Determinar la dureza de metales utilizando distintos métodos

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:   

Entender el funcionamiento de ensayos estáticos o dinámicos en metales. Analizar los diferentes métodos para medir la dureza del material por medio a dureza de Brinell, Rockwell y Vickers. Comprender la resistencia que tiene un material a la deformación plástica en un punto determinado.

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III.

GENERALIDADES

La norma ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, llamada durómetro, se fuerza una bola fabricada de un acero templado extraduro de un diámetro (D) determinado (función del espesor de la probeta a ensayar), y bajo unas condiciones específicas, contra la superficie del material que se quiere calcular su dureza, mediante la aplicación de una fuerza (P) durante un tiempo (t) dado.

Como resultado del ensayo aparecerá una huella que tendrá forma de casquete esférico de diámetro (d) en la superficie de la probeta ensayada.

El valor que hay que medir en el ensayo es precisamente este diámetro (d) del casquete que se forma en la superficie del material. La dureza Brinell (HB) viene definida entonces por la siguiente expresión:

HB = P / S

siendo (S) la superficie de la huella que queda sobre la probeta del material ensayado, que suele resultar con forma de casquete esférico, como se ha dicho. La fuerza (P) de la expresión anterior se expresa en kp (kilopondios) y la superficie de la huella (S) en mm2. Definición del ensayo: Como ya se ha indicado, para la realización de los ensayos de dureza Brinell se utiliza una máquina calibrada llamada durómetro, que es el tipo de máquina empleada para medir la dureza de los materiales. Máquina de ensayo de la dureza Brinell:

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Esta máquina tiene la función de sujetar la probeta que se vaya a ensayar, a la vez que se le aplica la carga (P) mediante el empleo de un indentador (la bola de acero), durante un determinado tiempo (t). Como resultado del ensayo, el indentador va a dejar una huella sobre la superficie de la probeta, que según su tamaño servirá para poder calibrar la dureza del material. De manera genérica y resumida, los pasos a seguir para llevar a cabo el ensayo de dureza son: 1º. Preparación de la pieza o probeta a ensayar: limpiar, aplanar y pulir. 2º. Colocación de la base de sujeción sobre la que se colocará la probeta. 3º. Establecimiento del nivel de la carga adecuada que hay que aplicar sobre la probeta. 4º. Colocación del indentador adecuado al tamaño de la probeta. 5º. Regulación del tiempo de aplicación de la carga. 6º. Posteriormente, se acerca el indentador a ras sobre la superficie de la probeta. 7º. Aplicamos la carga durante el tiempo estipulado. 8º. Transcurrido este tiempo se quita la carga. 9º. Se mide la superficie de la huella creada en la superficie de la probeta para obtener el valor de su dureza. El indentador empleado en el ensayo es una bola de acero templado, o bien, una bola de carburo de tungsteno para ensayar materiales más duros cuya dureza Brinell se presuponga que vaya a resultar superior a los 400 HB. El tamaño de la bola indentadora se elegirá en función del espesor de la probeta a ensayar. En la siguiente tabla se indican los diámetros (D) de la bola indentadora en función del espesor de la probeta:

La expresión anterior también se puede expresar sustituyendo S por la fórmula que proporciona el valor de la superficie geométrica de un casquete esférico, de forma que la dureza Brinell (HB) también puede expresarse de la siguiente manera:

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IV.

INVESTIGACIÓN INDEPENDIENTE

1. ¿En qué consiste el método Knoop? Este método, similar al Vickers se reserva para láminas muy delgadas (menos de 2 mm) como en el caso de la geología (lámina delgada). También se usa en vidrios.

Indentador Knoop El Indentador es una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7 normalmente con ángulos de 172o30’ y 130o. Se denomina con las siglas HK y el método de cálculo es el mismo de la dureza Vickers: el cociente entre fuerza en Newtons y la superficie de indentación en mm2. Una fuerza de 0,9807 N se mantiene durante 30 segundos en la superficie de la probeta y se deja en reposo unos 5 minutos antes de realizar la medida.

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Algunas normas de referencia: UNE 43721:1984 Ensayos de vidrio. Medida de la dureza Knoop UNE-EN ISO 4545-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 1: Método de ensayo (ISO 4545-1:2005) UNE-EN ISO 4545-4:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 4: Tablas de valores de dureza (ISO 4545-4:2005) 2. ¿En qué consiste el método Shore para la Dureza? Mide la reacción elástica del material cuando dejamos caer sobre él o intentamos penetrarlo con un material más duro. Mientras más blando sea el material, mayor cantidad de la energía que lanzamos o presionamos sobre él se absorbe en el choque. El resto de energía se traduce en un rebote, que es lo que medimos en este ensayo.

El método de laboratorio se basa en dejar caer un percutor desde una altura de unos 250 mm por una guía escalada, midiéndose la altura del rebote. Debemos tener la seguridad de que la superficie a ensayar sea plana pues de lo contrario se desvirtúa el ensayo. Se considera un ensayo no destructivo. El método in situ mide con qué profundidad un cuerpo penetra dentro de un material. A mayor dureza del material, menor la profundidad de penetración y mayor es la carga que tendremos que aplicar. 3. Clasificación de los aceros según su dureza. Los aceros se clasifican mediante su porcentaje de carbono con las que cuenta: Es decir, la clasificación es la siguiente: 

Clasificación del acero por su contenido de Carbono: - Aceros Extra suaves: el contenido de carbono varía entre el 0.1 y el 0.2 % - Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % - Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % - Aceros semiduros: El carbono está presente entre 0.4 y 0.5 % - Aceros duros: la presencia de carbono varía entre 0.5 y 0.6 % - Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %

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4. Conversión de unidades mediante diferentes métodos: Para la conversión entre varias durezas es necesario el uso de tablas que tienen tales equivalencias para facilitar la conversión entre ellas. Ejemplo de este tipo de método:

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V. CALCULOS

Determine el valor de dureza para cada uno de los materiales ensayados. Brinell: 𝐻𝐵 =

2𝑃

𝜋𝐷(𝐷−√𝐷2 −𝑑2 )

(1)

P=carga aplicada dada en Kgf D=diámetro de la bola (indentador) medida en [mm] d=diámetro de la huella en superficie en [mm] Es necesario convertir ensayo realizado.

la carga aplicada (P) de

N  Kgf para cada

Sea: D= 2.5mm Tenemos: P=31,19 𝐾𝑔𝑓 d=(676mm-429mm) *0.004  d=0.988mm; siendo 0.004 el factor de conversión. Reemplazamos en (1): 𝐻𝐵 =

2(10,2𝐾𝑔𝑓)

𝜋(2.5𝑚𝑚)((2.5𝑚𝑚) − √(2.5𝑚𝑚)2 − (0.988𝑚𝑚)2 ) 𝐻𝐵 = 39,03

𝐾𝑔𝑓

𝑚𝑚2

Practico

Según la tabla de conversiones el valor real es: 𝐾𝑔𝑓 𝐻𝐵 = 39,4 𝑚𝑚2 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑐𝑜 𝐸% = ∗ 100 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑎𝑙 39.4 − 39,03 ∗ 100 39,4 𝐸% = 0.94 %

𝐸% =

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Dureza Vickers: 𝐻𝑉 =

1.854𝑃

(2)

𝑑2

Tenemos: P=980N; Como 1𝐾𝑔𝑓 = 9.8067𝑁 , entonces P= 99.93 Kgf d=(634mm-270mm) *0.004  d=1.46 mm; siendo 0.004 el factor de conversión. Reemplazamos en (2): 𝐻𝐵 =

1.854(99,93𝐾𝑔𝑓) (1.46 𝑚𝑚)2

𝐻𝐵 = 86,92

𝐾𝑔𝑓

𝑚𝑚2

Practico

Según la tabla de conversiones el valor real es: 𝐾𝑔𝑓 𝐻𝐵 = 87 𝑚𝑚2 𝐸% =

87 − 86,92 ∗ 100 87

𝐸% = 0.01%

Dureza Rockwell: a) Tenemos que:

P=588N; Como 1𝐾𝑔𝑓 = 9.8067𝑁 , entonces P= 59.96 Kgf La máquina nos arrojó tres valores, Tipo A, B, C: 1. Dureza de HRB 59 2. Dureza de HRB 74

𝐾𝑔𝑓

𝑚𝑚2 𝐾𝑔𝑓

𝑚𝑚2

A B

b) Desviación estándar (𝝈) : Media= 𝜎=√

59+74 2

= 66,5

(59−66,5)2 +(59−66,5)2 2

= 7.5 ;

Es la medida de dispersión del promedio entre los dos valores.

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Catálogo de dureza:

Catalogo incluido en la bibliografía: Link del catalogo

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V.

CONCLUSIÓN

Se concluye que el parámetro de dureza es muy importante para la correcta selección de un material debido a que nos encontraremos en el campo con muchas situaciones las cuales nos veremos forzados a usar este conocimiento, El manejo de tablas es muy conveniente para conocer si un material se encuentra en el rango en la otra escala, además de esto, conocer otros tipos de ensayos de dureza para poder complementar el conocimiento que ya adquirimos.

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VI.



REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

http://www.acerosgrinon.com/productos/utilidades/TABLA-CONVERSIONDUREZAS-Y-RESISTENCIA-A-TRACCION.



http://ingemecanica.com/tutoriales/tabla_dureza.html



Medición de la dureza en materiales. Tablas de conversión entre los valores de dureza. Tomado de: https://www.patologiasconstruccion.net/2014/10/medicion-de-la-durezaen-materiales-5/ http://repository.unilibre.edu.co/bitstream/handle/10901/7826/VasquezT orresEdwinLibardo2013Anexos.pdf?sequence=2

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