informe 1-ensayo de dureza
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CONTENIDO
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INTRODUCCION………………………………………………………………………………..3
MARCO TEORICO
o DEFINICION DUREZA………………………………………………………………..4
o METODO BRINELL……………………………………………………………...…...5
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o METODO ROCKWELL……………………………………………………………….7
o METODO VICKERS…………………………………………………………………..9
o METODO SHORE…………………………………………………………………...10
o METODO LEEB……………………………………………………………………...11
REALIZACION DEL ENSAYO
MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS ...……………………………………………….12
o EQUIPO BRINELL…………………………………………………………………...12
o EQUIPO ROCKWELL ...…………………………………………………………….13
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o EQUIPO VICKERS.………………………………………………………………….14
o EQUIPO SHORE…………………………………………………………………….14
PROCEDIMIENTOS Y ENSAYOS
o METODO BRINELL………………………………………………………………….15
o METODO ROCWELL ANALOGICO Y DIGITAL………………………………….15
o METODO VICKERS…………………………………………………………………17
o METODO SHORE…………………………………………………………………...17
o METODO LEEB……………………………………………………………………...17
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DATOS CALCULOS Y RESULTADOS
o ENSAYO BRINELL………………………………………………………………….18
o ENSAYO ROCKWELL……………………………………………………………...18
o ENSAYO VICKERS…………………………………………………………………22
o ENSAYO SHORE…………………………………………………………………...23
o ENSAYO LEEB……………………………………………………………………...23
OBSERVACIONES…………………………………………………………………………...24
RECOMENDACIONES………………………………………………………………………25
INTRODUCCIÓN
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CONCLUSIONES…………………………………………………………………………….26
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………….27
ANEXOS ……………………………………………………………………………28
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Cuando se observa un material, se describe por sus características más visibles como
el color, tamaño, forma, masa y entre otras características perceptibles a los sentidos.
Sin embargo no son las únicas que presentan estos materiales, por el contrario; a
través de pruebas se pueden constatar algunas propiedades que presentan, como
temperatura de fusión, tenacidad, elasticidad, dureza, etc.
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La última propiedad descrita se hará presente en el siguiente informe de laboratorio,
dando a conocer los distintos métodos para la medición de la dureza en distintos
materiales, detallando paso a paso cada método utilizado.
El objetivo principal a presentar en el siguiente informe es ejecutar distintos
procedimientos para la toma de dureza de diferentes materiales, y hacer una
comparación cualitativa entre materiales, para determinar cuál es el más conveniente
en el uso de la ingeniería.
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Además se busca como objetivos específicos también, encontrar una definición para el
término de dureza, distinguir entre las diferentes clases de durómetros que existen y
sus respectivos usos, aprender a utilizar las escalas y hacer equivalencias entre ellas,
mencionar algunas ventajas y desventajas de la medición de dureza, para la
determinación de distintas propiedades de un material y emplear las fórmulas
respectivas en cada método para poder tener cálculos numéricos y hacer las
comparaciones respectivas.
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Para todos los objetivos mencionados anteriormente, es importante tener en cuenta
que la determinación de la dureza tomará como base la penetración, es decir; en el
siguiente informe se medirá la dureza por penetración utilizando distintos
procedimientos como son:
El método Brinell,
El método Vickers,
El método Rockwell (analógico y digital)
También se medirá tomando como base el rebote con el siguiente método:
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El método Shore (escleroscopio) y el método Leeb.
Cabe mencionar también que se mencionó que se harán comparaciones, por lo que se
utilizarán distintos materiales como son: el aluminio recocido, el cobre, el bronce, el
acero SAE1010 y el acero SAE1045. Cada uno de estos pasará por los distintos
durómetros y serán medidos en sus escalas correspondientes obteniendo de este
modo su dureza, para finalmente sacar las conclusiones debidas de la experiencia
realizada en el laboratorio con cada uno de los materiales.
MARCO TEÓRICO
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DEFINICIONES DE DUREZA
La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna
propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas
del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una
definición única acerca la dureza. Pero algunas de estas definiciones son:
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1) Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza
por penetración).
2) Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote)
3) Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste).
4) Resistencia al rayado (dureza por rayado).
En general; se entiende por dureza entonces, resistencia de un material a la
deformación plástica.
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Los métodos desarrollados para medir la dureza consisten en producir una
deformación local, en el material que se ensaya, a través de un identador. Para que un
valor de dureza sea útil y permita su comparación debe estar acompañada de la
indicación del método utilizado y las condiciones del ensayo.
Los diferentes métodos utilizados más comunes para medir la dureza se pueden
clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:
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Ensayos estáticos en lo que la carga se aplica en forma estática o cuasi-
estática. En este caso un identador se presiona contra la superficie de ensayo
con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En general la
medida de dureza en este tipo de ensayo resulta del cociente de la carga
aplicada y el área de la huella que deja el identador en la superficie, como es el
caso de los métodos Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la
profundidad de la identación como en el ensayo Rockwell.
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Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En
este caso el identador es lanzado sobre la superficie a ensayar con energía
conocida y el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del
penetrador luego de impactar en la muestra, como sucede en el método de
Shore y en el de Leeb.
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MÉTODO BRINELL.- Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en
1900, siendo el método o ensayo más antiguo para medir la dureza. Este ensayo se
utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El ensayo de
dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla
de acero muy duro o carburo de tungsteno,
produciéndose la impresión de un casquete
esférico correspondiente a la porción de la esfera
que penetra Fig. 1. El valor de dureza, número
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de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, por
lo que:
HB=P
πhD [ kg
mm2 ]
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La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina,
mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre
la bolilla y el material. Otra manera de determinar el número HB es partiendo del
diámetro d de la impresión lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas
mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente
diseñados para tal fin. Para aquello la fórmula queda definida así:
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HB=2P
πD(D−√D2−d2)
En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y
en otros una depresión Fig. 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la
medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h
medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya
determinación exacta en forma práctica es dificultosa.
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La carga a aplicar depende del material a probar y del cuadrado del diámetro de la
bola del penetrador, es decir: P=K.D2, donde K es el coeficiente empleado para cada
clase de material, siendo estos mayor para los materiales duros y menor para los
materiales blandos. Para esto los coeficientes elegidos son:
MATERIALES K(coeficiente)Hierro y aceros 30
Cobre, bronce y latones 10Aleaciones ligeras 5
Estaño y plomo 2.5
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Con respecto al espesor de la probeta y a la carga aplicada al material se tiene la siguiente tabla:
Espesor de la probeta (pulgadas)
Dureza Brinell mínima para la cual un ensayo Brinell puede ofrecer seguridad
CARGA DE 500kg CARGA DE 1500kg CARGA DE 3000kg1/16 100 301 6021/8 50 150 301
3/16 33 100 2011/4 25 75 150
5/16 20 60 1203/8 17 50 100
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La siguiente tabla muestra una relación entre el espesor de la probeta, el diámetro del penetrador y las presiones empleadas:
ESPESOR DE LA
PROBETA“e” (mm)
Diámetro del
penetrador (mm)
CONSTANTES DE ENSAYO K30 10 5 2.5 1.25
CARGAS EN kg30 D2 10 D2 5 D2 2.5 D2 1.25 D2
e > 6 10 3000 1000 500 250 1253 < e < 6 5 750 250 125 62.5 31.2
e < 3 2.5 187.5 62.5 31.2 15.6 7.81.25 46.9 15.6 7.81 3.91 1.95
0.625 11.7 3.91 1.953 0.977 0.488
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También para este método se debe tener en cuenta el tiempo de aplicación, resumido en el siguiente cuadro:
MATERIALES TIEMPO (s)Hierro y aceros 10 < t < 30
Cobre, bronce y latones 30Aleaciones ligeras 60 < t < 120
Estaño y plomo 120
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Finalmente para aclarar todos los puntos del ensayo Brinell, debe darse la denominación, que se efectúa mediante el siguiente símbolo:
HB (D/P/T)
Donde D es el diámetro del penetrador, P la carga aplicada y T el tiempo de duración del ensayo.
MÉTODO ROCKWELL.-Se define la dureza Rockwell como un método de ensayo
por identación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un identador
cónico esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero
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endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la
superficie del material a ser ensayado, y se mide la profundidad permanente de la
impresión bajo condiciones específicas de carga.
a) PENETRADOR DE DIAMANTE.- Este tipo de penetrador debe emplearse en
pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante
cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio
de 0.2 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen
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influencia importante en el valor de la dureza. Por lo cual es necesario comparar
los resultados obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de
diferentes durezas.
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b) PENETRADOR ESFÉRICO DE ACERO.- Este tipo de penetrador debe
emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E y F. Consiste en un
balín de acero templado y pulido, con un diámetro de 1.588 mm ± 0.003 mm;
Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de 3.175 mm ± 0.004 mm.
Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales.
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En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de:
polvo, tierra, grasa o capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la
prueba.
En el siguiente cuadro se verán las escalas de dureza Rockwell.
Símbolo de la
escala
Penetrador (pulgadas)
Carga mayor (kg)
Aplicaciones
A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.
B Esfera de 1/16 100 Aceros recocidos y normalizados.
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C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.D Diamante 100 Aceros cementados.E Esfera de 1/8 101 Metales blandos y antifricción.F Esfera de 1/16 60 Bronce recocido.G Esfera de 1/16 150 Bronce fosforoso y otros materiales.
H Esfera de 1/8 60Metales blandos con poca homogeneidad,
fundiciones con base hierro.K Esfera de 1/8 150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
L Esfera de ¼ 60Metales duros con poca homogeneidad,
fundición de fierro
M Esfera de ¼ 100Metales duros con poca homogeneidad,
fundición de fierro
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P Esfera de ¼ 150Metales duros con poca homogeneidad,
fundición de fierroR Esfera de ½ 60 Metales muy blandosS Esfera de ½ 100 Metales muy blandosV Esfera de ½ 150 Metales muy blandos
En el siguiente cuadro se verán las escalas de dureza Rockwell superficial.
Símbolo de la
escala
Penetrador (pulgadas)
Carga mayor (kg)
Aplicaciones
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15N Diamante 15Aceros nitrurados, cementados y
herramientas de gran dureza.30N Diamante 30 Aplicaciones análogas al tipo anterior.45N Diamante 45 Aplicaciones análogas al tipo anterior.15T Bola de 1/16 15 Bronce, latón y aceros blandos30T Bola de 1/16 30 Bronce, latón y aceros blandos45T Bola de 1/16 45 Bronce, latón y aceros blandos15W Bola de 1/8 15 Bronce, latón y aceros blandos30W Bola de 1/8 30 Bronce, latón y aceros blandos45W Bola de 1/8 45 Bronce, latón y aceros blandos
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Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia:
Parael conode diamante :HR=100− h0.002
Para labola deacero :HR=130− h0.002
Finalmente para dar el número de dureza en este tipo de ensayo se utiliza: PHRE; donde P es la carga utilizada y E es la escala con que se midió.
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MÉTODO VICKERS.- La determinación de la dureza Vickers es similar a la Brinell
ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta.
Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un
diamante en forma de pirámide, como se muestra en las figuras.
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De esta manera el valor de dureza Vickers resulta:
HV= P
8 l22 sen( 136
2)
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Dado que l2=d2/2 se puede obtener una expresión en función de la diagonal d, la cual
resulta:
HV=1.854 Pd2
Donde P: carga aplicada en N, d: diagonal media de la huella en mm
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d=d1+d22
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También es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de
penetración h de la siguiente manera:
HV= P
4h2 tan ( 1362
)√1+ tan2( 1362 )
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Ya sea en la determinación de d o h se requiere una exactitud de 0,001 mm y el valor
de d resultará del promedio de ambas diagonales.
Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el espesor y tipo de material. En
general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120
kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más usadas.
De esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la
carga, así HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.
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MÉTODO SHORE.- Mediante este método la dureza se mide por la altura que
alcanza el rebote de un cuerpo al caer de una altura fija sobre la superficie del material
que se ensaya. La máquina o equipo usado para medir esta dureza es el esclerómetro
o Escleroscopio Shore; que consta de un martillo que pesa1/22 onza, el cual tiene
forma cilíndrica con punta de diamante redondeado. La altura de caída es de 10
pulgadas dividida en 140 partes, este durómetro no produce huella en el material
ensayado.
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Tabla e dureza Shore para materiales comunes:
Material Durómetro EscalaCasco duro 75 D
Goma ebonita 100 ARueda dura de skateboard 98 ARuedas sólidas de tractor 50 D
Rueda blanda de skateboard 75 AParche de rueda de vehículo 70 A
Sellador de puertas 55 ABanda de goma 25 A
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Sorbothane 40 OOSorbothane 0 A
Pegamento de bicicleta 15-30 OOGoma de mascar 20 OO
MÉTODO LEEB.- El método de medición LEEB se utilizó por primera vez en 1978.
Se define por la relación entre la velocidad de rebote de un cuerpo percutor con
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respecto a su velocidad de percusión multiplicada por 1000. Para un grupo de
materiales específico (acero, aluminio) la dureza Leeb establece una relación directa
con sus condiciones de dureza. (HB, HV, HRC).
Por tanto los valores de dureza de Leeb se calculan siguiendo la fórmula:
HL=1000 x (VbVa
)
Donde:
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HL: valores de dureza Leeb,
Vb: Tensión producida durante el rebote del cuerpo percutor,
Va: Tensión producida durante el impacto del cuerpo percutor.
Los valores de dureza de Leeb se pueden convertir en otras escalas de dureza
directamente como HV, HRC, HRB, HB y HS.
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Debido a que los valores de dureza de Leeb se producen de la respuesta de los
elementos deberían ser expresados según su elemento de impacto cuando se
convierte en otras escalas de dureza, por ejemplo: El valor de dureza de Leeb 510HLD
debería ser expresado como se indica abajo cuando se convierte en la escala de
dureza de Rockwell HRC
510, 20 HRCLD
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En la que: 510 Valores de dureza de Leeb, 20 valores de dureza convertidos, HRC
objeto convertido, L método de medición, D elemento de impacto D.
REALIZACION DEL
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MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS
EQUIPO BRINELL:
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Durómetro Brinell Avery Denison Limited Leeds LS102DE de
funcionamiento hidráulico.
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Figura 1. Durómetro brinell y placa del laboratorio 4 de la FIM-UNI
Una barra de aluminio.
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Figura 2. Barra de aluminio de 137.1x102.3x11.1 mm
Una carga de 500kg.
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EQUIPO ROCKWELL:
Un durómetro analógico Rockwell marca Wilson
y un durómetro
digital.
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Figura 3. Durómetro Rockwell analógico (izquierda) y digital (derecha) del laboratorio 4
de la FIM-UNI
Probetas lisas de 1/2 pulgada.
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Figura 4. Probeta de aluminio
EQUIPO VICKERS:
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Durómetro Vickers marca Leitz de fabricación alemana.
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Figura 5. Durómetro Vickers del Instituto de Motores de la FIM-UNI
Una prensa para poner en paralelo la mesa de apoyo y la probeta.
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Figura 6. Prensa de Instituto de Motores de la FIM-UNI
Probetas y un plastilina
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EQUIPO SHORE:
Durómetro Shore
Figura 7. Durómetro Shore
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DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTOS DE LOS ENSAYOS
MÉTODO BRINELL (HB):
1. Para medir la dureza de la barra de aluminio se debe verificar primero que el
equipo se encuentre en condiciones aceptables para realizar la medición luego
se colocó la carga en el durómetro que para este caso fue de 500 kg.
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2. Una vez puesta la carga, se verifica que la bola del penetrador de 10 mm de
diámetro este puesta fijamente en el durómetro.
3. Se coloca la barra de aluminio, que previamente ha sido pulida y limpiada,
sobre la mesa de medición del durómetro verificando que esta se paralela a la
superficie de la barra de aluminio a medir.
4. Una vez colocada la barra de aluminio se enciende la bomba hidráulica y por
medio de la volante acercamos el material puesto en la mesa de medición
hacia el penetrador.
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5. Se verifica la posición en cero de la caratula indicadora y luego se acciona la
carga a través de la palanca.
6. Tomamos el tiempo que demora en estabilizarse la caratula indicadora para
luego levantar la palanca y apagar el equipo.
7. Por ultimo alejamos el material del penetrador a través de la volante y
observamos la huella que dejo la billa al penetrar el material de aluminio.
METODO ROCKWELL (HRB/HRC):
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ANALÓGICO:
1. Para proceder a realizar el ensayo primero se debe verificar que el equipo a
utilizar se encuentre en las condiciones apropiadas. Es decir, que el equipo
permita la aplicación de la carga inicial, de la sobrecarga y a la ves
garantice el retiro de esta de forme lenta y uniforme evitando vibraciones y
choques.
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2. Una vez verificada la condiciones favorables del equipo y de haber
colocado el penetrador en el durómetro procedemos a colocar la probeta en
la mesa de apoyo de forma plana y rígida de manera que se apoye
perfectamente y no sufra desplazamiento durante el ensayo. Previamente la
superficie en contacto debe estar limpia y libre de materias extrañas.
3. El penetrador debe ponerse en contacto perpendicularmente a la superficie de
la probeta. Luego de ello se aplica la carga inicial de P0 = 10 Kg que produce
una penetración inicial h0.
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Una vez alcanzada esta carga se ajusta la caratula indicadora haciendo que la
aguja coincida con el de lectura.
4. Por ultimo aplicamos la sobrecarga de P1 = 90 Kg y luego de unos segundos
que toma en estabilizarse la aguja indicadora se ha logrado la penetración
máxima. Retiramos la sobrecarga y realizamos la lectura en el equipo.
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Figura 8. Proceso de penetración en tres fases
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DIGITAL:
1. Para realizar la medición respectiva, primero verificamos que el equipo mida
los valores correctos de dureza. Para lo cual se usa un patrón de dureza. Y
luego se comprueba que la dureza medida del patrón coincida con la dureza
especificada en ella.
2. Luego de comprobar el correcto funcionamiento se procede a medir la dureza
de la probeta que previamente ha sido pulida y limpiada de impurezas.
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Figura 9.Vista del penetrador y medición
digital.
METODO VICKERS (HV):
1. Para realizar el ensayo de dureza
Vickers se verifica que el equipo esté en
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condiciones que favorezcan obtener resultados no erróneos. Esencialmente el
penetrador de diamante, el cual tiene un ángulo en el vértice entre caras de
136°.
2. Luego se revisa que la superficie de la probeta este completamente limpia y
libre de impurezas. Seguidamente utilizamos la plastilina y la prensa para
poner a la probeta perpendicular al penetrador.
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3. Colocamos la carga correspondiente al equipo, y por último luego de retirar la
carga procedemos a la medición de las diagonales con la ayuda del
microscopio.
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Figura 10. Vista de las diagonales producidas por la punta piramidal
MÉTODO SHORE (HS):
1. Para realizar el ensayo Shore se verifica que el durómetro se encuentre en
buenas condiciones mediante un patrón.
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2. El material a realizar para el ensayo no debe presentar imperfecciones y de
preferencia que sea plano, para que de ese modo se facilite la experiencia.
3. Apoyar el durómetro con el material y mantenerlo firme hasta que aparezca el
número de dureza
MÉTODO LEEB (HS):
1. Definir primero la escala y el durómetro a utilizar en el equipo, luego de aquello
poner un patrón para probar que el equipo esté en aptas condiciones.
DATOS, CALCULOS
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2. Coger el instrumento martillo y colocarlo sobre el material, luego ejercer una
pequeña presión, presionarlo hasta que suene un click, finalmente retirar y
observar los resultados en la pantalla conectada al instrumento.
PARA EL ENSAYO BRINELL (HB)
Material utilizado : Aluminio
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Carga utilizada (P) : 500Kg
∅ bola o penetrador (D) : 10mm
Tabla de datos obtenidos – HB (10/500/30)
∅ de la huella obtenida en la experiencia (mm)
1 2 3 4 5Promedio
(d)
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2.75 2.80 2.92 2.87 2.892 2.8464
Para calcular la dureza Brinell se utiliza la siguiente fórmula:
HB= 2P
πD (D−√D2−d2)
Reemplazando valores: HB=2(500)
π∗10(10−√102−2.84642)=76.9896
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Calculando el error:
%HBerror=Durezatabla−dureza Lab .
Dureza Lab .×100%
%HBerror=30−76.989676.9896
×100%=−0.6103%
PARA EL ENSAYO ROCKWELL (HR)
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Tipo de prueba : Normal
Tipo y tamaño del penetrador : Bola de 1/16’’
Cargas utilizadas : 60Kg y 100Kg
Escalas: F y B
Tabla de datos obtenidos en el laboratorio
En el equipo Rockwell analógico
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Material Escala Carga(Kg) 1° Medición 2° Medición 3° MediciónPromedio
(HRF y HRB)Aluminio F 60 48 47 54 49.67
Cobre F 60 92 93.5 94 93.17
Bronce F 60 90.5 90.5 93 91.33Acero
SAE 1010 B 100 85 83.5 81.8 83.43
Acero SAE 1045 B 100 95 93.4 94.3 94.23
En el equipo Rockwell digital:
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Material Escala Carga(Kg)1°
Medición2°
Medición3° Medición
Promedio (HRF y HRB)
Aluminio F 60 45.8 51.4 49.67 48.96
Cobre F 60 92.3 89.8 94.4 92.17
Bronce F 60 90.5 90.6 90.1 90.4Acero SAE
1010 B 100 77.3 80.4 82.1 79.93
Acero SAE 1045 B 100 93.6 93.4 93.4 93.47
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Se procede a calcular la profundidad de penetración hecha por cada material,
mediante la siguiente fórmula:
f=δ=(130−HR )×0.002(mm)
PROFUNDIDAD DE PENETRACIÓN
En el equipo Rockwell analógico
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MaterialDureza promedio
(HRF Y HRB)Profundidad de penetración Resultado (mm)
Aluminio 49.67 (130-49.67)*0.002 0.16066Cobre 93.17 (130-93.17)*0.002 0.07366Bronce 91.33 (130-91.33)*0.002 0.07734Acero
SAE 1010 83.43 (130-83.43)*0.002 0.09314
Acero SAE 1045 94.23 (130-94.23)*0.002 0.07154
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En el equipo Rockwell digital
MaterialDureza promedio
(HRF Y HRB)Profundidad de penetración Resultado (mm)
Aluminio 48.96 (130-48.96)*0.002 0.16208Cobre 92.17 (130-92.17)*0.002 0.07566Bronce 90.4 (130-90.4)*0.002 0.0792
Acero SAE 1010 79.93 (130-79.93)*0.002 0.10014
Acero SAE 1045 93.47 (130-93.43)*0.002 0.07306
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ALUMINIO COBRE BRONCE SAE 1010 SAE 10450
0.020.040.060.08
0.10.120.140.160.18
MATERIAL vs PENETRACIÓN(ROCKWELL ANALÓGICO)
Series1
MATERIAL
PRO
FUN
DIDA
D DE
PEN
ETRA
CIÓ
N(m
m)
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Gráfica 1: Comparación entre profundidad de materiales
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ALUMINIO COBRE BRONCE SAE 1010 SAE 10450
0.020.040.060.08
0.10.120.140.160.18
MATERIAL vs PENETRACIÓN (ROCKWELL DIGITAL)
Series1
MATERIAL
PRO
FUN
DIDA
D DE
PEN
ETRA
CIÓ
N(m
m)
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Gráfica 2: Comparación entre profundidad de materiales
Hacemos una tabla de comparaciones de la escala F para la escala B.
Material Escala Promedio (HRF) Promedio (HRB)
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Aluminio F 49.67 28.864
Cobre F 93.17 66.3936
Bronce F 91.33 62.8714
Acero SAE 1010 B - 83.43
Acero SAE 1045 B - 94.23
En el Rockwell analógico.
En el Rockwell digital.
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Material Escala Promedio (HRF) Promedio (HRB)
Aluminio F 48.96 28.4513
Cobre F 92.17 65.6809
Bronce F 90.4 62.2312
Acero SAE 1010 B - 79.93
Acero SAE 1045 B - 93.47
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Procedemos a calcular los errores obtenidos para cada material mediante la siguiente formula:
%E=durezadigital−durezaanalógicodureza analógico
×100%
Material Promedio digitalPromedio analógico
%E
Aluminio 48.96 49.67 -1.4294
Cobre 92.17 93.17 -1.07331
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Bronce 90.4 91.33 -1.0183
Acero SAE 1010 79.93 83.43 -4.195
Acero SAE 1045 93.47 94.23 -0.8065
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PARA EL ENSAYO VICKERS (HV)
Pesa utilizada : 0.2Kg
Para calcular la dureza con el método Vickers se utiliza la siguiente fórmula:
HV=1.854 Pd2
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En la siguiente tabla se muestran los datos obtenidos y la dureza Vickers
correspondiente a cada material.
MATERIAL d (mm) Peso (Kg.) Dureza (HV)ALUMINIO 0.073 0.2 69.597
COBRE 0.055 0.2 122.605
BRONCE 0.0502 0.2 147.1723
ACERO SAE 1010 0.05 0.2 148.352
ACERO SAE 1045 0.041 0.2 220.6306
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ALUMINIO COBRE BRONCE ACERO SAE 1010
ACERO SAE 1045
0
50
100
150
200
250
MATERIAL vs DUREZA VICKERS
Series1
DURE
ZA H
V
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Grafica 3: Barras de dureza Vickers de cada material
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PARA EL ENSAYO SHORE (HS)
Materiales utilizados : Caucho(polímero deformables) y casco de
plástico(polímero no deformable)
Tipos : A y D
Los datos obtenidos en el laboratorio se dan a mostrar en la siguiente tabla:
Tipo A (caucho) Tipo D (casco)
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87.5 6390 6789 65
66.563
Promedio Tipo A: HS= 88.833
Promedio Tipo D: HS= 64.9
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PARA EL ENSAYO LEEB (HL)
Material utilizado: Acero aleado
Grupo Resultados
1 785
2 774
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3 774
4 791
5 790
Promedio para la dureza del acero aleado con el durómetro Leeb:
HL= 782.8
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Se deben calibrar las maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en
una misma escala.
OBSERVACIONES
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El valor obtenido durante el ensayo de dureza Brinell varía con la carga
aplicada, y esta puede variar en un intervalo que está influenciado por la
dureza del material y por el acabado superficial.
En el ensayo de dureza Rockwell verificar que este aplicada correctamente la
carga inicial de 3 o 10 Kg. Después de aplicar la carga inicial se debe coincidir
la aguja con el cero del indicador de dureza, tratando de que la aguja este
vertical y apuntando hacia arriba.
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La profundidad hallada en el ensayo Rockwell, indica menos dureza para el
material.
Todos los durómetros deben marcar inicio o cero antes de realizar una
experiencia.
Se observa que los errores obtenidos son menos del 5%, lo que hace notar que
las experiencias fueron realizadas correctamente y con los cuidados
respectivos.
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La dureza Vickers y la dureza Brinell deben arrojar valores similares para el
aluminio, pero se observa que tienen una pequeña desviación, lo que
demuestra la incertidumbre en los resultados.
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Informarse previamente sobre la realización de los ensayos de dureza antes de
iniciar dicha práctica, asegurándote de este modo saber lo teórico antes de la
experiencia.
RECOMENDACIONES
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Se debe evitar realizar las penetraciones muy pegadas, deben de estar
distanciadas correctamente para evitar cálculos erróneos.
Siempre asegurarse que el penetrador este de forma perpendicular con la
superficie de la probeta.
Al observar por el microscopio durante el ensayo de dureza Vickers se debe
verificar cuidadosamente que la diagonal con la línea sean paralelas.
Siempre utilizar un patrón para los durómetros, de este modo se verifica que
esté funcionando correctamente.
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Asegurarnos adecuadamente que los materiales estén en perfectas
condiciones, es decir limpios de impurezas, correctamente pulidos, lijados con
el fin de que la superficie sea plana, lo que mejora los resultados en la
experiencia.
Las mediciones se deben hacer varias veces de este modo se trabaja con el
promedio y se logra reducir la incertidumbre en el experimento.
Esperar el tiempo correcto durante el funcionamiento de los durómetros, para
que los datos que se obtengan de estos sean más exactos.
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CONCLUSIONES
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Para usos en la ingeniería el material más conveniente vendría a ser el
aluminio, debido a que es liviano y presenta una dureza regular.
Se concluye en todas las experiencias que los materiales más duros son los
que tiene en su composición más carbono o mayor porcentaje de estos, en
este caso lo aceros SAE 1010 y acero SAE 1045 son los más duros entre
todos los materiales.
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Si se combinan materiales pueden mejorar sus propiedades mecánicas, por
ejemplo la combinación del aluminio con el cobre es conocida como
duraluminio.
El ensayo Brinell, el más antiguo de todos; no puede ser utilizado para todos
los materiales debido a que tiene restricciones, por lo que se utilizan otros
ensayos de dureza como Rockwell, Vickers, Leeb, etc.
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El ensayo Leeb es el más rápido de todos debido a que convierte todo tipo de
dureza a sus equivalencias con otras durezas y lo más importante aún, en
diferentes escalas.
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BIBLIOGRAFÍA
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William F. Smith. “Fundamentos de ciencia e ingeniería de materiales”, Editorial
McGrawHill, 1998.
Donald Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Editorial Thomson
Editores, 3era edición, 1998.
William Callister, “Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”,
Editorial Reverté S.A
PAGINAS DE INTERNET
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Guía de laboratorio:
http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/mecanica-ingenieria/ciencia-de-los-
materiales/2012/ii/guia-3.pdf
Ensayos de dureza:
http://es.scribd.com/document_downloads/direct/71088955?
extension=pdf&ft=1349018130<=1349021740&uahk=gYXDm7T9tfPVgePc4R
n2HYv+6cw
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Apuntes de dureza: http://es.scribd.com/document_downloads/direct/71054323?
extension=pdf&ft=1349020071<=1349023681&uahk=NFYP4dp9bMmf67DU8dcNmpz
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Anexo 1: Tabla de comparaciones entre durezas
ANEXOS
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Anexo 2: Gráfica de valores para convertir durezas
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Anexo 3:
MEDICIÓN DE DUREZA EN SOLDADURAS
Las partes soldadas suelen requerir la medición de dureza en la zona afecta por el
calor (HAZ heat afeccted zone) para decidir si es necesario un tratamiento térmico
posterior o no. Por ejemplo, si la dureza de la zona afectada térmicamente (HAZ) es
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muy alta, esto se debe a que se ha formado una cantidad excesiva de martensita y
pueden aparecer grietas. La zona HAZ puede ser muy delgada (menos de 3mm de
ancho) y por lo tanto para obtener una idea confiable del estado de dicha zona la
medición de dureza requiere identaciones pequeñas. Solo con cargas de 5 a 10 kg se
pueden obtener valores de dureza Vickers cuya identación no escapa de la zona
afectada. Con métodos como el Brinell, los métodos por rebote, o el método de Poldi,
la identación suele abarcar más allá de la zona afectada.
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En la tabla siguiente, se indica la aplicabilidad de los métodos: por rebote, UCI (Ultra
Sonic Contac Impedance) y TIV (Through-Identer-Viewing), en diferentes casos,
considerando los criterios y consideraciones enunciadas. Aplicabilidad de los métodos
por rebote UCI y TIV en diferentes casos.
Aplicación Método UCI, Método por Rebote, Método TIV
Aplicación Método UCI Método por rebote Método TIV
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Parte sólidas + ++ ++
Fund., piezas forj. y de grano
grueso- ++ O
Aleaciones de acero y
aluminioO ++ O
Soldaduras-HAZ ++ - ++
Tubo (espesor >20µ) ++ ++ ++
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Tubo (espesor <20µ) ++ - ++
Planchas metálicas, bobinas
de chapaO - ++
Superficies no homogéneas - + -
Espesores o recubrimientos
delgados++ - +
++ especialmente apropiado/ + apropiado/ O apropiado según las condiciones/ - no recomendado
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