ALEXANDER MARQUINA

ENSAYOS DE DUREZA

I. OBJETIVOS

Preparar probetas para realizar ensayos de dureza superficial.

Conocer el procedimiento para realizar ensayos de dureza superficial.

Expresa los resultados en unidad de dureza Vickers, Brinell, Rockwell.

II. FUNDAMENTO TEORICO

ENSAYO DE DUREZA BRINELL

En el ensayo de dureza Brinell el penetrador es una bola de acero extra duro de

dimetro D, que se apoya sobre la probeta a estudiar; ejerciendo sobre la misma una

fuerza P durante un tiempo t dado, aparece una huella de dimetro d sobre el metal.

La dureza Brinell viene definida por:

Siendo S la superficie de la huella, casquete esfrico. P se expresa en kg fuerza y S

en mm2. Tambin puede expresarse de la siguiente manera:

La seleccin de las cargas, P, y dimetros, D, es una funcin del espesor de la pieza

a ensayar, pues los resultados de dureza quedan falseados cuando pequeos

espesores son ensayados con grandes cargas. Las normas DIN 50351, indica la

forma de seleccin de las cargas, materiales y dimetro de bolas, estableciendo para

cada material una relacin entre la carga y el cuadrado del dimetro, la cual

constituye la constante del ensayo, Ce:

Se consigue obtener unidades Brinell de dureza equiparable para una misma

aleacin, si se mantiene constante, para distintas cargas de ensayo, el parmetro Ce.

Ce = P/D2

HB = P/S

ALEXANDER MARQUINA

S = d2/2 sen68

En consecuencia, el tipo de ensayo Brinell queda definido por: el dimetro de la

bola, D, la carga, P, y el tiempo de permanencia de la carga, t.

Figura1. Esquema del ensayo de dureza Brinell.

ENSAYO VICKERS

El ensayo de dureza Vickers es, como el Brinell, un ensayo cuyo objetivo es la

determinacin de la superficie lateral, S, de la huella. El penetrador es una pirmide

de diamante de base cuadrada, cuyo ngulo en el vrtice es de 136. Viene definida

por:

Con lo que:

Figura 2. Esquema del ensayo de vickers.

La seleccin de la carga se realiza en funcin inversa a su dureza. Como en el

ensayo Brinell, la aplicacin de la carga se realiza con una velocidad mnima (Vm),

y se requiere un tiempo mnimo de permanencia, t, entre 15 y 20 segundos

generalmente. La denominacin de la dureza obtenida se realiza citando las siglas

HV seguido de la carga utilizada, P, y del tiempo de permanencia, t, separado por

barras, por ejemplo, [nHV/P/t].

HV =

= 2P sen68/d2 = 1.8544 P/d2

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/Im%E1genes/Fig2_38.jpghttp://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm02/Im%E1genes/Fig2_39.jpg

ALEXANDER MARQUINA

ENSAYOS ROCKWELL.

En los ensayos de dureza Rockwell, las unidades de dureza se establecen por la

medida de la profundidad, e, de la huella de acuerdo con el modelo:

El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metlicos:

a) Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del

ensayo Brinell, con dimetros de bola y cargas normalizados para cada tipo de

ensayos.

b) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120 de ngulo de

vrtice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100 y 150

kilogramos.

c) Pequeos espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes, chapas

delgadas o tambin sobre capas endurecidas, cementadas o nitruradas. En este

supuesto se usa la modalidad de pequeas cargas especificadas en la norma, 3

kilogramos de precarga y 15, 30 o 45 kilogramos de carga. Se conoce este tipo de

ensayos como Rockwell superficial.

Con el objeto de obtener ensayos reproducibles, la mquina obtiene el valor "e",

por incrementos de las cargas aplicadas de acuerdo con la secuencia siguiente:

Aplicacin de una carga previa, F0 = 10 kg. Esta sirve para tomar una

referencia h0, independiente del estado superficial.

Aplicacin de la sobrecarga de ensayo, F1, con lo que se alcanza h1.

Eliminacin de la sobrecarga F1, con lo que se recupera la deformacin elstica

y se conserva la remanente. La profundidad alcanzada es h.

La profundidad de la huella viene definida por:

e = h - h0

HR = A - e (mm)/0.002

Mat. de baja dureza

Mat. de mediana dureza

Mat. de alta dureza

ALEXANDER MARQUINA

ENSAYO DE DUREZA SUPERFICIAL

El ensayo de dureza superficial, es la resistencia de un material a ser marcado por

otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando estos deben resistir el roce con

otros elementos. El ensayo es realizado con identadores en forma esfricas,

pirmides o conos. Estos elementos se cargan contra el material y se procede a

medir el tamao de la huella que dejan. Es un ensayo fcil y no destructivo; una de

las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para

hacer una estimacin de la resistencia a la traccin. La dureza superficial puede

aumentarse aadiendo al material una capa de carbono, en un tratamiento trmico

denominado cementacin.

III. PROCEDIMIENTO

Para obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la

probeta un indentador (cnico-esferoidal o esfrico, segn el caso) con una carga

previa, luego se aplica la carga principal para sostener la carga total durante algn

tiempo. Luego de retirada la carga principal y mantenido la previa, se observa en la

escala correspondiente al tipo de indentador, el valor de la dureza Rockwell,

calculado automticamente por la mquina. En las mismas condiciones se realizan

varias indentaciones ms.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

Mquina. Para los ensayos Rockwell se usa el

escleroscopio (DUROMETRO) el cual se muestra su

aspecto general en la siguiente figura. Este aparato sirve

para la medicin tanto de dureza Rockwell como Brinell

y Vickers. Posee incorporado un sistema de medicin de

la profundidad de penetracin, el cual muestra la dureza

Rockwell obtenida durante el ensayo.

Probetas. Se ensayarn tres probetas: Acero, latn y

aluminio.

Las probetas deben ser limpiadas para retirar el xido,

suciedad y escamas de una de sus

caras donde se realizarn las mediciones, se debe tener especial

cuidado en no calentar la superficie durante el procedimiento de

limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que la

superficie est en la normal del eje del indentador

ALEXANDER MARQUINA

Indentadores. El indentador de diamante debe ser un cono

con punta esfrica altamente pulido. El ngulo debe ser de

120 30. La punta debe ser una esfera de dimetro

nominal 0,200 mm.

PARA EL ACERO Y EL LATN

Se realiza la prueba de ensayo Rockwell, seleccionando el penetrador cono de

diamante.

Se coloca la probeta de acero endurecido en la mordaza de la mquina.

Se le aplica una carga de ajuste de 10 kg.

Se calibra a ceros en la escala negra de la caratula.

En cada uno de los materiales se le aplica una carga de 100kg.

Se deja de aplicar la carga hasta que se estabilice la palanca de carga y se toma

esta medicin.

Se regresa la palanca a su estado original y donde queda la aguja indicando es

el grado de dureza Rockwell. Y la diferencia con la medida anterior es el grado

de recuperacin.

Se repite el ensayo en otra mquina para comparar ambos resultados.

Se comprueban los resultados obtenidos con una maquina digital.

PARA EL ALUMINIO

Se realiza la prueba de ensayo Rockwell, seleccionando el penetrador cono de

diamante.

Se coloca la probeta de aluminio en la mordaza de la mquina.

Se le aplica una carga de ajuste de 10 kg.

Se calibra a ceros en la escala negra de la caratula.

En cada uno de los materiales se le aplica una carga de 60kg.

Se deja de aplicar la carga hasta que se estabilice la palanca de carga y se toma

esta medicin.

Se regresa la palanca a su estado original y donde queda la aguja indicando es

el grado de dureza Rockwell. Y la diferencia con la medida anterior es el grado

de recuperacin.

Se repite el ensayo en otra mquina para comparar ambos resultados.

Se comprueban los resultados obtenidos con una maquina digital.

ALEXANDER MARQUINA

IV. CONCLUSIONES

El aluminio es ms frgil y dctil, por ende, menos resistente que el acero y

que el latn.

Existen varios ensayos para medir la dureza de un material, los ensayos Brinell.

De las tres probetas ensayadas el acero fue el que present una mayor dureza.

V. BIBLIOGRAFA

BEER FERNINAND, Pierre; JOHNSTON, E. Russell

MECANICA DE MATERIALES

HORWITZ, Henry. SOLDADURA APLICACINES Y PRCTICA

Alfaomega, Mxico DF. 2000

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y

CERTIFICACIN, ICONTEC. NORMA TCNICA COLOMBIANA 3 (NTC.

3). Materiales metlicos. Ensayos de dureza. Ensayo Brinell

Bogot. 2000.

ICONTEC. NTC 19. Materiales metlicos. Ensayos de dureza. Ensayo

Rockwell Bogot. 2000.

Shakeford, James F. CIENCIA DE LOS MATERIALES PARA INGENIERIA

Prentice Hall, Naucalpan de Jurez (Mxico)

ALEXANDER MARQUINA

ANEXOS

DETERMINACIN DEL REA DE UN CASQUETE ESFRICO

El rea del casquete esfrico es: = . .

Debido a la dificultad para la medicin de h (profundidad de identacin), debemos

expresarla en funcin de los dimetros de la bola D y de la huella d.

Aplicando el teorema de Pitgoras:

(

2 )

2

+ (

2)

2

= (

2)

2

4

2

2

2+ 2 =

4

2

2

4

2 +

4

2

= 0

Entonces:

= 2 2

2

Se debe tomar slo la solucin con signo negativo, debido a que es incompatible obtener

un >

2.

Sustituyendo:

=

22 ( 2 2)

ALEXANDER MARQUINA

ESCALA CARGA

(kg) PENETRADOR MATERIALES TIPICOS PROBADOS

A 60 Cono de

diamante

Materiales duros en extremo, carburos de

wolframio, etc.

B 100 Bola de 1/16" Materiales de dureza media, aceros al

carbono bajos y medios, latn, bronce, etc.

C 150 Cono de

diamante

Aceros endurecidos, aleaciones

endurecidas y revenidas.

D 100 Cono de

diamante Acero superficialmente cementado.

E 100 Bola de 1/8" Hierro fundido, aleaciones de aluminio y

magnesio.

F 60 Bola de 1/16" Bronce y cobre recocidos.

G 150 Bola de 1/16" Cobre al berilio, bronce fosforoso, etc.

H 60 Bola de 1/8" Placa de aluminio.

K 150 Bola de 1/8" Hierro fundido, aleaciones de aluminio.

L 60 Bola de 1/4" Plsticos y metales suaves, como el plomo.

ALEXANDER MARQUINA