DUREZA DE UN ACERO CEMENTADO

I.- RESUMEN Determinar la influencia del carbono en la dureza del Acero y evaluar la difusin del carbono en la pieza.

II.- OBJETIVOS

Obtener el valor de la dureza Rockwell de un material metlico. Obtener el valor de la dureza brinell de un material metlico. Entender la importancia de realizar pruebas de dureza.

III.- MARCO TEORICO

Definimos la dureza como la resistencia de los materiales a ser penetrados, a absorber energa o ser cortados. En el caso de los metales, la dureza esta relacionada con la resistencia a la deformacin plastica localiza.Bsicamente existes cuatro tipos de ensayos para medirla:

Mtodo de Indentacion Esttico o por Penetracin:Resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro, donde un indentador se fuerza contra el material a ensayar y produce una huella o impronta. La relacin entre la fuerza aplicada y el rea o la profundidad de la impronta es una medida de la dureza del material.

Mtodo de Dureza Dinmicos o Elstico:Consiste en dejar caer un objeto con carga y altura definida sobre el material a ensayar, de tal forma que al chocar con dicha superficie se provoque un rebote del objeto, cuya altura esta directamente relacionada con la dureza elastica del material.

Mtodo de Rayado:Resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro. Dureza Mohs (mineralgica).

Ensayo de Dureza Superficial:Es la resistencia de un material a ser marcado por otro. El ensayo es realiza con identadores en forma de esferas, pirmides o conos. Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamao de la huella que dejan.

La clasificacin y los mtodos a utilizar varan con cada material

Ensayo de Dureza Rockwell

Es el ensayo de dureza mas utilizado pues es el mas simple, rapido, versatil y no requiere gran habilidad o pericia del operador.

El numero de dureza rockwell esta en relacin inversa con la diferencia de profundidad de penetracin de un identador cuando sobre el mismo se aplica una carga principal y cuando se aplica una precarga o carga menor.No se necesitan mediciones del rea de la impronta, la profundidad es medida automticamente por el aparato rockwell.

Se aplica a materiales mas duros que la escala de Brinell. En este ensayo se usan penetradores de carburo de tungsteno como esferas de 1/16, 1/8 y 1/2 pulgada y tambin un identador de cono de diamante cuyo Angulo en la base es de 120.

Ensayo de Dureza Brinell

Este ensayo se utiliza en materiales de durezas bajas. Este mtodo usa una bolilla de 10 mm de carburo de tungsteno que se fuerza contra el material mediante una carga que se deja actuar un determinado tiempo. Luego se retira la carga se mide el dimetro de la huella y se calcula el nmero de dureza Brinell. Utiliza cargas normalmente de hasta 3000 kilogramos, las cuales se pueden normalizar de acuerdo ala siguiente formula:

Donde:

P: carga a utilizar k: representa una cte. Que vale 5 (aluminio, magnesio y sus aleaciones), 10 (sobre y sus aleaciones o 30 (aceros). d : dimetro del identador que se va a utilizar.

Aunque existen algunas maquinas de ensayo brinell que dan una lectura directa, normalmente para determinar el numero de dureza, se utiliza la siguiente formula:

Donde: HB: kg/mm2 P: carga que acta sobre la probeta (kg) D: dimetro del penetrador (mm) d : dimetro de la impresin sobre la probeta (mm)

Ensayo de Dureza Vickers

Es un metodo para medir la dureza superficial de los materiales. Su penetrador es una piramide de diamante con un angulo base de 136.

Cuando se aplica una carga P a travs de un indentador Vickers a un material frgil se produce una huella y grietas en los vrtices de la huella dejada. Tanto las longitudes de las diagonales de la huella, como la de las grietas, son aprovechadas para la estimacin de KIC.

Fig. N 01. Micrografa de la indentacin Vickers tpica en BaTiO3

El mtodo es desarrollado para muestras de materiales cermicas que tenga un porcentaje de porosidad muy bajo, dado que los de mayor porosidad difcilmente son aptas para medir KIC debido al descascaramiento que se producira en las muestras generando mucha dificultad en obtener una buena huella de indentacin y un buen contraste de sus respectivas grietas propia de la indentacin.

La dureza es evaluada mediante la definicin adoptada por vickers segn la ecuacion:

Donde: HV: en GPa o N/m2. P : carga de indentador (N). 2a : diagonal de la huella del indentador.

El mtodo de indentacin de dureza Vickers toma la siguiente formula general, en funcin del valor de dureza vickers:

Donde: Hv : 1854xP/d2 en GPa o N/m2 P : Carga de indentador (N). d = 2a : Longitud de huella indentada (m). c : media longitud de la grieta

Tabla comparativa de grados de Dureza:

Dureza Vickers HVDureza Brinell HBDureza RockwellResistencia a la Tensin N/mm2.

HRBHRC

8076255

8580,741270

9085,548285

9590,252305

1009556,2320

10599,8335

11010552,3350

115109370

12011466,7385

125119400

13012471,2415

135128430

14013375450

145138465

15014378,7480

155147495

160152510

165156530

17016285545

175166560

18017187,1575

185176595

19018189,5610

195185625

20019091,5640

20519592,5660

21019993,5675

21520494690

22020995705

22521496720

23021996,7740

235223755

24022898,120,3770

24523321,3785

25023899,522,2800

25524223,1820

26024724835

26525224,8850

27025725,6865

27526126,4880

28026627,1900

28527127,8915

29027628,5930

29528029,2950

30028529,8965

31029531995

32030432,21030

33031433,31060

34032334,41095

35033335,51125

36034236,61155

37035237,71190

38036138,81220

39037139,81255

40038040,81290

41039041,81320

42039942,71350

43040943,61385

44041844,51420

45042845,31455

46043746,11485

47044746,91520

480(456)47,71555

490(466)48,41595

500(475)49,11630

510(485)49,81665

520(494)50,91700

530(504)51,11740

540(513)51,71775

550(523)52,31810

560(532)531845

570(542)53,61880

580(551)54,11920

590(561)54,71955

600(570)55,22030

610(580)55,72070

620(589)56,32105

630(599)56,82145

640(608)57,32180

650(618)57,8

66058,3

67058,8

68059,2

69059,7

70060,1

72061

74061,8

76062,5

78063,3

80064

82064,7

84065,3

86065,9

88066,4

90067

92067,5

94068

IV.- MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOSPreparacin de muestra. Materiales Agua Aceite de carro Acero AISI 1020, de 11/4 de dimetro C: 0.20%, Si: 0.4%, Mn: 1%, P: 0.050%, S: 0.050% Lija al agua: # 80,120,220,320,400,600,800. Algodn (1 bolsa) Recipiente Vidrio

Equipos Mquina universal de dureza Cmara fotogrfica digital

Instrumentos 1 Identador rockwell

V.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La preparacin de la probeta seccionamiento de la barra de acero 1020: El seccionamiento de las probetas fue mediante una sierra de corte

Cementacin con carbono mineral durante 4 horas y 20 minutos a una temperatura de 1032C.Se preparo una caja de cementacin con carbn vegetal triturado y se ubicaron las probetas dentro de ella. Luego se introdujo al horno.El horno era alimentado por un baln de gas y para elevar su temperatura usamos un compresor de aire.

La hora a la que se encendi el horno fue a las 4:10pm aqu un cuadro que registra el incremento de la temperatura hasta llegar a la temperatura deseada 1032 C.Hora (pm)Temperatura (C)

4:1021

4:14730

4:15750

4:16800

4:17847

4:18855

4:19897

4:20891

4:21897

4:22921

4:23942

4:24964

4:25964

4:25978

4:26982

4:27993

4:281002

4:291023

4:301031

4:311001

4:321032

Preparacin de las superficies:El seccionamiento de las probeta dejo las superficies irregulares, por lo cual las probetas fueron sometidas al torno, de manera que las caras estan paralelas y perpendiculares al borde.

Desbastado:Consiste en la preparacin de la superficie cementada mediante papeles abrasivos (lijas) empezamos con la lija 80 y al momento de cambiar de lija debemos asegurarnos que todas las lneas son paralelas si se cumple esto, giramos 90 grados y cambiamos lija as hasta llegar a la lija 800. . El desbaste puede ser dividido en dos procesos individuales: desgaste fino (lijas de 400 800) y desbaste grueso (lijas de 80 320). El objetivo principal es una superficie plana y pulida apta para el ensayo de dureza.

Desbastado de la probeta

Probeta plana y pulida, apta para el ensayo de dureza

Marcacin de la probeta:Una vez que la probeta esta plana y pulida lista para el ensayo de dureza se trazaron dos lneas q pasan por el centro de la superficie y de ah se hizo una pequea escala en milmetros con referencia del centro al borde de la probeta.

Luego de haber marcado la probeta procedemos al ensayo en s, en primer lugar seleccionaremos la carga a emplear con las tres llaves del durmetro.Utilizaremos la Dureza Rockwell B (HRB) con una carga de 100kgf y como identador una esfera de carburo de wolframio de 1/16.

Al haber seleccionado la carga a emplear y el identador adecuado, procedemos a colocar adecuadamente la probeta a ensayar sobre la plataforma del equipo y elegimos el punto de indentacion.

El ensayo dura un par de minutos por cada huella, se realizaron varias mediciones a distancias similares.

VI.- RESULTADOS

Para Calcular el %C a partir de la dureza Brinell recurrimos al siguiente Grafico:

Hacemos una ampliacin en la zona de inters dentro del grafico para visualizar aun mejor las composiciones.

Con los porcentajes de carbono podemos hallar la cantidad de tomos en las diferentes distancias:

Para: i = 1.5mm

i = 4.5mm

i = 7mm

i = 9.5mm

i = 12mm

VII.- DISCUSION DE RESULTADOS

1. La cantidad de tomos de carbono difieren a diferentes distancias del borde.

2. A 1.5mm del borde de la probeta la cantidad de tomos de carbono es , mientras que a 4.5mm del borde la cantidad de tomos de carbono es .

3. A 7mm del borde la cantidad de tomos de carbono es , lo que indica que el nmero de tomos de carbono volvi a ser menor.

4. A partir de 7mm y conforme se va alejando del borde la cantidad de tomos de carbono disminuye hasta un valor de tomos a una distancia de 12mm del borde.

VIII.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al obtener una dureza a una distancia cerca del borde (1,5mm) menor que una medida ms lejos, y as mismo al encontrar menos tomos de carbono en el, podemos concluir que no se ha dado el proceso de carburizacin, sino todo lo contrario.

Concluimos entonces que se dio el proceso inverso sobre la probeta es decir una descarburizacion, lo cual se puede explicar de esta forma:

Durante el proceso de carburizacin introdujimos las probetas con carbn vegetal pulverizado previamente, luego de un cierto tiempo del horno comenz a escaparse humo, lo cual puede evidenciar que el carbn se estaba consumiendo. Luego de un tiempo este carbn se consumi y durante todo el tiempo restante en el que la probeta estuvo expuesto al calor del horno, comenz a descarburizar pues ya no haba carbn dentro del horno.

Por casos como el que se presento en este ensayo, es recomendable utilizar carbn mineral pues este no se consume con tanta facilidad como el vegetal, lo que propicia un mejor proceso de carburizacin.

Tratar de que la probeta a ensayar tenga la menor rugosidad posible pues de no ser as el ensayo de dureza variara en gran orden de una posicin a otra.

IX.-BIBLIOGRAFIA

William D. Callister, Jr.; Introduccin a la ciencia e ingeniera de los materiales, Revert, 1995.

Shakelford, J.F. ; Intoduccin a la ciencia de materiales para ingenieros, Pearson Prentice Hall, 2005.

Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Tcnica. Salvat Editores S.A.

Ashby, Michael F. & David R. H. Jones (1992). Engineering Materials 2. Oxford: Pergamon Press.

Diment F., Iribarren M., Perez R., Balart S. Difusion en Solidos

Verhoeven J. D. (1987). Fundamentos de Metalurgia Fisica. Ed. Limusa.

Facultad De Ingeniera Escuela de Ing. De Materiales

Dureza de una Probeta Cementada CURSO:Laboratorio de Fundamento de Ciencia de los Materiales II

ALUMNO : POLO OLIVEROS, Paul VALDIVIA TORRES, Eduardo

DOCENTE : Mg. Ing. Alecis Arismendi Vegas

CICLO : V

Trujillo Per 2011Hoja1MedicionDistancia al BordeDureza Rockwell B(HRB)Dureza Brinell%Ci1 = 1.5mm65.71160.09i2 = 1.5mm67.6i3 = 1.5mm68.9i4 = 1.5mm65.711.5mm67.024.5mm69.5120.20.1437mm69.21200.1349.5mm68.81190.11512mm68.4118.30.10