lab.7 dureza rockwell superficial
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Ciencia de los materialesTRANSCRIPT
“AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ
FACULTAD DE FIMAAS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
ELECTROMECÁNICA
LABORATORIO N°7
RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO
DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL
CURSO: CIENCIA DE LOS MATERIALES I
ALUMNO: PRUDENCIO MENDOZA, PABLO
PROFESOR: RETAMOSO ROJAS, MANUEL
CICLO: TERCERO AULA: S0007
MAYO – 2013
LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL
ÍNDICE Páginas
1. OBJETIVOS................................................... 3
2. FUNDAMENTO TEÓRICO.......................................... 3
2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS DURÓMETROS............................5
2.2. FUNCIONAMIENTO DEL DURÓMETRO...............................6
2.3. DUREZA.....................................................7
2.3.1. ESCALAS DE USO INDUSTRIAL................................7
2.4. NANOINDENTACIÓN............................................9
2.5. ESCALA USADAS EN MINERALOGÍA..............................10
2.6. EQUIVALENCIA ENTRE ESCALAS DE DUREZA......................11
2.7. DUREZA ROCKWELL...........................................12
2.7.1. FUNDAMENTO..............................................12
2.7.2. DEFINICIONES............................................12
2.7.3. MAQUINA Y EQUIPO........................................12
2.7.4. PENETRADORES............................................12
2.7.4.1. PENETRADOR DE DIAMANTE................................12
2.7.4.2. PENETRADOR ESFERICO DE ACERO..........................13
2.7.5. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE............................14
3. PROCEDIMIENTO.............................................. 15
4. CONCLUSIONES............................................... 18
5. OBSERVACIONES.............................................. 18
6. RECOMENDACIONES............................................ 18
7. REFERENCIAS................................................ 18
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RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL
1. OBJETIVOS:
Reconocimiento del durómetro y sus partes.
Entender la importancia de su uso en los laboratorios y
departamentos de control de calidad y estudio de metales.
Determinar dureza de Rockwell en seis piezas de diferente
material usando en forma correcta los dos tipos de penetradores,
seleccionando y aplicando correctamente las cargas de ensayo y
las escalas de lectura.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO:
DURÓMETRO:
Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales,
existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.
Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y
Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento
penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el
material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella,
obtendremos la dureza.
Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones
de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a
ensayar.
Funcionamiento del durómetro
Para la medición de la dureza de materiales el durómetro funciona de la
siguiente manera:
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Una vez que se selecciona el material del cual se quiere conocer la
dureza se normaliza la fuerza que se le ha de aplicar a través de un
elemento penetrador, que también debe estar normalizado.
Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella que se obtenga de
esta aplicación de fuerza es como sabremos el grado de dureza del
material.
Así se puede conocer la resistencia al corte de la superficie que tiene
el material analizado y se utilizan diferentes tipos de durómetros,
entre los que encontramos los que se explicaron más arriba.
Usos y aplicaciones del durómetro
El uso más común del durómetro en la industria farmacéutica es la
medición de la resistencia y dureza de pastillas y cápsulas para
verificar que puedan resistir el proceso de producción, empaque,
distribución y venta, también para asegurarse de que la dureza del
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medicamento permita su desintegración dentro del cuerpo o que sea fácil
de masticar.
En industrias como la de la construcción y la del metal se trata de
medir la dureza y resistencia de los materiales con los que se ha de
construir para garantizar que cumplen con determinados estándares de
seguridad y calidad.
CLASIFICACIÓN DE LOS DURÓMETROS:
La dureza de los materiales tiene distintas clasificaciones y para cada
una de estas existe un durómetro. Los más comunes se enlistan a
continuación:
ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL
Este ensayo consiste en utilizar un indentador esférico el cual realiza
una precarga la cual genera el valor de partida para la medición, luego
en una segunda carga que está entre 60Kg y 140Kg, generando una
precarga, una carca y una descarga; esta relación indica la dureza del
material, el cual se da midiendo la profundidad de penetración y
realizando la medición según el durómetro y la escala de medición.
ENSAYO DE DUREZA BRINELL
Este ensayo se realiza para materiales blando y consiste en presionar
un indentador que tiene una bola de acero templado o de carburo la cual
lleva una carga que está entre 500Kg a 3000Kg dependiendo de lo dura
que sea el material. El diámetro de la huella dejada por la esfera del
indentador tiene relación inversa con la dureza del material (a mayor
diámetro de la huella es menor la dureza y a mayor diámetro de la
huella la dureza es mayor).
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ENSAYO DE DUREZA VICKERS
Para este tipo de ensayo se emplea un indentador de diamante de forma
piramidal con un ángulo base de 136º y está basado en el principio de
calcular el valor de dureza según la fuerza de aplicación sobre la
superficie del material; la huella que queda después de realizar la
carga es de forma cuadrada, de la cual se miden sus diagonales a través
de un microscopio, estos datos se promedian y así a través de una
formula se da el resultado.
FUNCIONAMIENTO DEL DURÓMETRO
Para la medición de la dureza de materiales el durómetro funciona de la
siguiente manera:
Una vez que se selecciona el material del cual se quiere conocer la
dureza se normaliza la fuerza que se le ha de aplicar a través de un
elemento penetrador, que también debe estar normalizado.
Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella que se obtenga de
esta aplicación de fuerza es como sabremos el grado de dureza del
material.
Así se puede conocer la resistencia al corte de la superficie que tiene
el material analizado y se utilizan diferentes tipos de durómetros,
entre los que encontramos los que se explicaron más arriba.
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DUREZA
La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones
como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las
deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la
cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de
romperse o deformarse. Por ejemplo: la madera puede rayarse con
facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el
vidrio es mucho más difícil de rayar.
ESCALAS DE USO INDUSTRIAL:
En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo
de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de
cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos
rangos de dureza.
El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la
correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo
un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción,
por lo que su uso está muy extendido.
Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación
de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima
de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los
talleres.
Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
Dureza Brinell : Emplea como punta una bola de acero templado o
carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de
aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima
resistencia a tracción.
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Dureza Knoop : Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se
valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral
mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce
una fuerza estándar.
Dureza Rockwell : Se utiliza como punta un cono de diamante (en
algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza
se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de
materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el
pequeño tamaño de la huella.
Rockwell superficial : Existe una variante del ensayo, llamada
Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy
delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han
recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.
Dureza Rosiwal : Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa
como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y
tomando como base el corindón con un valor de 1000.
Dureza Shore :Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en
la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero
consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable
para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de
penetración como los otros.
Dureza Vickers : Emplea como penetrador un diamante con forma de
pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers
coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell
para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.
Dureza Webster : Emplea máquinas manuales en la medición, siendo
apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos.
El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.
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ENSAYO ROCKWELL SUPERFICIAL
Es una variante del Ensayo Rockwell cuyo fin es únicamente analizar la
superficie de los materiales. Por ejemplo, para analizar la superficie
de un acero que ha sido tratado por carburación y medir así su dureza.
Su técnica es básicamente reducir el esfuerzo aplicado para sólo
penetrar en la superficie. Para este ensayo se utiliza una precarga
menor de 3 kg, seguida de una carga mayor de 15, 30 o 45 kg. Estas
escalas se identifican mediante número (15, 30 o 45) y una letra (N, T,
W o Y) en función del penetrador.
Escalas de dureza Rockwell
Símbolo de la escala
PenetradorCarga mayor (kg)
Aplicaciones
A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.
BBola de 1/16 pulgada
100 Aceros recocidos y normalizados.
C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.
D Diamante 100 Aceros cementados.
EBola de 1/8 pulgada
100 Metales blandos y antifricción.
FBola de 1/16 pulgada
60 Bronce recocido.
GBola de 1/16 pulgada
150 Bronce fosforoso y otros materiales.
HBola de 1/8 pulgada
60Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.
K Bola de 1/8 pul. 150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
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Escalas de dureza Rockwell Superficial
Símbolo de la escala
PenetradorCarga mayor (kg)
Aplicaciones
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.
15TBola de 1/16 pulgada
15 Bronce, latón y aceros blandos
30TBola de 1/16 pulgada
30 Bronce, latón y aceros blandos
45TBola de 1/16 pulgada
45 Bronce, latón y aceros blandos
15WBola de 1/8 pulgada
15 Bronce, latón y aceros blandos
30WBola de 1/8 pulgada
30 Bronce, latón y aceros blandos
45WBola de 1/8 pulgada
45 Bronce, latón y aceros blandos
Nomenclatura
Las durezas Rockwell y Rockwell Superficial vienen dadas por la siguiente fórmula:
Dónde: n es la carga aplicada en kg HR es el identificativo del ensayo Rockwell Letra va seguida de HR y es la letra identificativa de la Escala usada
Un ejemplo para un material que se le ha aplicado un esfuerzo de 60 kg y se ha usado la escala B sería
O para un material superficial que se le ha aplicado un esfuerzo de 30 kg con bola de 1/8 pulgadas
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MAQUINA Y EQUIPO
La máquina de prueba consiste en un soporte rígido o yunque, sobre el
que se coloca la probeta y un dispositivo que aplica las cargas
prefijadas a un penetrador en contacto con la misma.
PENETRADORES
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 y su eje debe coincidir con la dirección de penetración con una
tolerancia de 0.5º. La punta es un casquete esférico con un radio de
0.200 mm.
La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen una
influencia importante en el valor de la dureza obtenida. La anisotropía
del diamante hace difícil el maquinado del mismo en forma totalmente
simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos
con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas.
b) PENETRADOR ESFERICO 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.
Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación mayor
a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto
superficial.
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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.
PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE.
La preparación del material bajo prueba debe controlarse cuidadosamente
para evitar cualquier alteración en su dureza, tal como la que puede
ser causada por calentamiento durante el esmerilado o por
endurecimiento durante operaciones de maquinado y pulido. La superficie
de prueba de la probeta debe ser tal que la carga pueda aplicarse
perpendicular a ella. L a superficie debe estar limpia, seca, libre de
oxido, porosidades y material extraño que pudiera aplastarse o fluir
abajo la presión de la prueba y afectar los resultados. Si se requiere
un ataque químico de la superficie de prueba, este debe ser no mas
profundo que lo necesario para el estudio metalografico. La superficie
en contacto con el soporte debe estar limpia, seca y libre de cualquier
condición.
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Al probar materiales con recubrimiento, si se desea el valor de dureza
del metal base, el revestimiento debe removerse completamente antes de
determinar la dureza, lo cual debe hacerse de tal manera que el metal
base no se afecta.
3. PROCEDIMIENTO:
1.-Identificar el microscopio y sus partes, observando que la
palanca de operación esté en la posición INFERIOR:
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2.- Colocación del peso adicional de 7kg en la zona de precarga,
con esto completándose un total de 10kg, que se requiere para
esta prueba.
3.- Colocación de los pesos en la zona de carga (de menor a
mayor)30kg,45kg,60kg y 100kg:
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4.- Presionar el botón RESET para realizar la precarga.
Con la pieza sobre el resalte, usando el volante aproximar el
metal al penetrador hasta conseguir 7 segmentos más luz roja:
5.- Presionar el botón SET. Y luego accionar la palanca con
suavidad hacia arriba, donde te mostrara el resultado de la
profundidad. Luego bajar la palanca de operación y se mostrara el
resultado de la dureza del material. Girar el volante en
dirección de la izquierda.
6.- Resultado de las 8 pruebas:
PROFUNDIDAD DUREZA67,1 94,558,8 88,261,5 91,979,6 107,662,5 93,074,1 101,791,0 121,250,2 76,9
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4. CONCLUSIONES:. Gracias al uso de los accesorios de complemento del durómetro
tales como las contrapesas y los penetradores, que nos permite
variar en las escalas.
. El durómetro es una herramienta muy útil para determinar la
dureza de piezas metálicas.
5. OBSERVACIONES:. Que se debe tener cuidado al momento de calibrar.
. Tener cuidado al aproximar el material al penetrador ya que si
excede de los 7 segmentos comenzará a parpadear la luz roja y
mostrara un mensaje de error.
. No se puede mover alguna manija sin consultar con el profesor
de curso o algún manual.
6. RECOMENDACIONES:. Mantener la pieza metaliza limpia libre de sudor, polvo o
viruta.
. Tener presente las indicaciones del manual antes de usar el
microscopio.
7. REFERENCIAS:
http://dureza1.galeon.com/http://html.rincondelvago.com/durezas-rockwell-brinell-y-vickers.htmlhttp://www.westarco.com/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=209&Itemid=190
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