practica nº 1 dureza

7/30/2019 Practica N 1 Dureza

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALFRANCISCO DE MIRANDA

COMPLEJO ACADMICO PUNTO FIJOAREA DE TECNOLOGA

DEPARTAMENTO DE MECNICA YTECNOLOGA DE LA PRODUCCINCTEDRA: LABORATORIO DE CIENCIA DE LOS MATERIALES

PRCTICA N 1:

ENSAYO DE DUREZA

I. OBJETIVO GENERAL:

Realizar ensayo de dureza a diferentes materiales (acero templado y acero no

templado).

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Aprender a manejar los durmetros.

Capacidad para seleccionar el tipo de ensayo a utilizar y medir la dureza a

diferentes materiales segn su clasificacin de normas AISI - SAE.

Analizar las variaciones de dureza en los aceros sometidos a temple con

respecto a los no templados. Aprender a utilizar las tablas de dureza.

II. INTRODUCCIN

El ensayo de dureza es, juntamente con el de traccin, uno de los ms empleados

en la seleccin y control de calidad de los metales. Intrnsecamente la dureza es

una condicin de la superficie del material y no representa ninguna propiedadfundamental de la materia. Se evala convencionalmente por dos procedimientos.

El ms usado en metales, es la resistencia a la penetracin de una herramienta de

determinada geometra.

Los mtodos existentes para la medicin de la dureza se distinguen bsicamente

por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de

aplicacin de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La

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eleccin del mtodo para determinar la dureza depende de factores tales como

tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

Esta prctica tiene como finalidad indagar en el conocimiento y utilizacin del

mtodo Rockwell para determinar la resistencia de un material a la penetracin. El

ndice de dureza de una muestra se puede conseguir mediante una prueba o ensayo

de dureza, que generalmente es realizada imprimiendo en la muestra, la que est

en reposo sobre una plataforma rgida, un indentador de geometra determinada,

bajo una carga esttica conocida que se aplique directamente o por medio de un

sistema de palanca. Dependiendo del sistema de prueba, la dureza se expresa por

un nmero inversamente proporcional a la profundidad de la indentacin para unacarga y marcador especificados.

El ensayo de dureza Rockwell se aplica a materiales ms duros que la escala

Brinell. En este ensayo se usan penetradores de carburo de tungsteno como bolas

de 1/16 de pulgadas, 1/8,1/4 y 1/2 de pulgada, este ltimo para materiales ms

blandos y en cono de diamante cuyo ngulo en la base es de 120. Ensayo

Rockwell B diseado para materiales de dureza intermedia como aceros de medioy bajo carbono. Su indentador es la bola de 1/16 pulgada, cuya carga es de 100

Kg., su escala va de 40 a 100 RB. Este ltimo ensayo ser el empleado en la

actividad experimental. La prueba Brinell, se origin en honor al Ingeniero sueco

Johann Brinell, quien invent la mquina de Brinell para medidas de dureza de

metales y aleaciones.

III. BASES TERICAS:La dureza se puede definir como la resistencia del material a ser penetrado por

otro de dimensiones cuya forma estn normalizadas. El trmino dureza tambin

puede referirse a la resistencia al rayado, la abrasin o al corte y a la deformacin

plstica.

El principio de los ensayos de dureza consiste en aplicar y comprimir

progresivamente sobre una probeta o una pieza la accin de una carga esttica

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conocido como penetrador de forma determinada. Generalmente el ensayo ms

usual de este tipo es el de Indentacin, en el que un indentador punteado o

redondeado se presiona dentro de una superficie (probeta) bajo una carga

sustancialmente esttica.

La dureza por indentacin puede medirse por varias pruebas, tales como: Brinell,

Rockwell, Vickers y Knoop; pero las ms usuales son la de Brinell Y Rockwell.

Ensayo de dureza: El principio de los ensayos de dureza consiste en

aplicar y comprimir progresivamente sobre una probeta o una pieza la

accin de una carga esttica conocido como penetrador de forma

determinada.

Caractersticas (Ensayo de Dureza):

Es el ms prctico para el control de propiedades de un metal y

especialmente para el control de tratamientos trmicos.

No hay comparacin exacta ante la escala de un mtodo y otro.

El nmero es inversamente proporcional a la profundidad de la

penetracin.

Ensayo de Dureza HR (Hardness Rockwell):

Es el ensayo que determina la dureza en funcin de la profundidad de

penetracin, son las escalas ms usadas industrialmente, debido a que la

lectura se realiza directamente.

HRC = Si se utiliz la escala c (cono)

HRb = Si se utiliz la escala b (bola)

Dureza Rockwell:

15 - 30: Blando

30 - 50: Semi-duro

50 en adelante: Duro

Medida de la dureza Rockwell: La dureza Rockwell se mide

produciendo en el material una huella con un penetrador, que puede ser:

Un cono de diamante de 120 de ngulo

y punta redonda

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Bolas de acero.

Caractersticas (HR):

Se debe realizar un desbaste grueso en la parte donde se va arealizar el ensayo (lija 80).

Como la lectura es directa se recomienda tomar tres impresiones

para obtener un promedio ms exacto.

Ventajas (HR) :

Es rpido y sencillo de realizar.

Se aplica a materiales con espesores muy delgados.

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Se aplica tanto a materiales duros como delgados.

Ensayo de Dureza HV (Hardness

Vickers): Se determina midiendo la huella dejada despus de la prueba por un

indentador en forma de pirmide de base cuadrada con un ngulo inclinado de

136 entre caras opuestas.

P = Carga (Kg.)

D = Diagonal de la huella

Caractersticas (HV): El desbaste donde se va a realizar el ensayo

tiene que pasar por la lija N80 hasta la N600. Se puede hacer la preparacin

metalogrfica para mayor exactitud en el ensayo.

Ventajas (HV):

Puede emplearse con varias cargas reduciendo la penetracin

de huella.

Puede utilizarse en el ensayo de piezas sumamente delgadas.

Como la huella en un cuadro puede efectuarse con ms

exactitud.

Desventajas (HV):

La preparacin de la superficie en donde se va a

efectuar la medicin es mucho ms laboriosa realizndose por lo

general un pulido metalogrfico.

Ensayo de Dureza HB (Hardness

Brinell): Se determina en funcin de la profundidad de la huella, la lectura de

la dureza no se efecta directamente sino que se mide el dimetro de la huella

dejada despus de la prueba. La dureza Brinell se mide produciendo al

material una huella con un penetrador normalizado consistente en una bola de

acero extraduro de dimetro (D), que vara segn el tipo de material cuya

dureza se quiere medir y el espesor de la pieza.

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HV =2*P*sen(136/2)D2


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Probeta: Se denomina as la pieza que se somete a ensayo para la medicin de su

duraza. La superficie en la que se produce la huella debe estar muy plana y a

veces pulimentada.

Carga: La carga que se aplica depende del material y espesor de la probeta.

P = Carga (Kg.)

D = Dimetro del penetrador (mm)

d = Dimetro de la huella (mm)

Designacin de la dureza Brinell:

La dureza Brinell se expresa por las letras:

(HB)

Seguidas de tres nmeros entre parntesis,

(D/P/t/)

D = Dimetro de la bola con que se hizo el ensayo, en milmetros.

P = Carga aplicada, en kilogramos.T = Tiempo que estuvo aplicada la carga, en segundos.

Ejemplo:

250 HB (5/750/10) significa que el material ensayado tiene una dureza de 250

grados Brinell, se utiliz una bola de 5 mm y una carga de 750 Kg. durante 10

seg.

Para tener una idea del valor de la dureza Brinell de algunos metales,

indicaremos los siguientes:

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HB = 2P

3,14 D [D-(D2d2)]


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Caractersticas (HB):

Se aplica a todo tipo de metales,

frreos y no frreos.

La escala de carga vara de 5 a

250 Kg. y desde 500 a 3000 Kg., dependiendo del equipo.

El tiempo de aplicacin de carga

es de 10 para metales no frreos y de 10 a 30 seg. para metales frreos.

Ventajas (HB):

No exige una

superficie tan lisa como en los otros procedimientos.

Se utiliza en

campos para trabajos en serie (Telebrinell).

Se puede utilizar

bolas de tungsteno para mayor exactitud y ampliar los resultados.

Desventaj

as (HB):

La bola de acero al ser comprimida contra el metal, sufre

aplastamiento elstico.

El tamao siempre grande de la huella limita su empleo a probetas

grandes.

Ensayo de Dureza HS (Hardness Shore): Se

realiza a travs de un martinete con punta de diamante que se deja caer sobre

la superficie y el rebote se toma como un ndice de dureza.

Acero muy duro 500 HBAcero poco duro 110 HB

Bronce 100 HB

Aluminio 25 HB

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Ensayo Hebert: Se deja caer una lluvia de esferitas

de acero desde una altura predeterminada, que empaan la superficie de una

pieza endurecida en proporcin de su blandura y en consecuencia revelan las

zonas defectuosas.

Ensayo Knoop: Se realiza introduciendo una

pirmide de diamante de forma rmbica en la superficie, midindose

posteriormente la longitud del diagonal (d) de la huella obtenida a travs del

ocular del equipo.

Caractersticas (Ensayo Knoop):

Se realiza para determinar la dureza de capas superficiales muy

finas, piezas de pequeos mecanismos y a diferentes micro estructuras

de aleaciones frreas.

Se necesita la ayuda de un microscopio metalogrfico para

determinar la micro dureza midiendo la huella.

Ductilidad: Es la capacidad del metal para dejarse deformar o

trabajar en fro; aumenta con la tenacidad y disminuye al aumentar la dureza.

Los metales ms dctiles son: el oro, plata, cobre, hierro, plomo y aluminio.

Tenacidad: Se define como la habilidad de un material para

absorber energa sin fracturarse. La unidad de medida que valora este factor es

la resiliencia.

Fragilidad: Propiedad que expresa falta de plasticidad, y por lo

tanto, de tenacidad. Los materiales frgiles se rompen en el lmite elstico, es

decir, su rotura se produce espontneamente al rebasar la carga

correspondiente al lmite elstico.

Plasticidad: Capacidad de deformacin permanente de un material

sin que llegue a romperse.

Elasticidad: Capacidad de un material elstico para recobrar su

forma al cesar la carga que lo ha deformado. Se llama lmite elstico a la carga

mxima que puede soportar un metal sin sufrir una deformacin permanente.

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Su determinacin tiene gran importancia en el diseo de toda clase de

elementos mecnicos, ya que se debe tener en cuenta que las piezas deben

trabajar siempre por debajo del lmite elstico.

Endurecimiento por temple: Es la propiedad del metal de sufrir

transformaciones en su estructura cristalina como resultado del calentamiento

y enfriamiento sucesivo y por ende de sus propiedades mecnicas y

tecnolgicas. Los aceros se templan fcilmente debido a la formacin de una

estructura cristalina caracterstica denominada martensita.

Maleabilidad: Es la capacidad que presentan los cuerpos para

adquirir deformaciones permanentes mediante esfuerzos de compresin.

TIPOS DE DURMETROS:

Durmetros porttiles shore A, D y C.

Durmetro shore A para cilindros y rodillos.

Durmetro electrnico porttil shore A, D y C HPE.

Durmetro electrnico porttil shore A, D, y C

HHP2001.

Durmetro para rollos de caucho y papel.

Durmetro electrnico shore set.

Durmetro electrnico automtico.

Durmetro microdurmetro electrnico.

Durmetro microdurmetro electrnico universal.

Durmetro especial para materiales.

DUROMETROS UTILIZADOS:

Mquina Hoyton para medir escalas Rockwell, Brinell y Vickers

tipo 1003.

Mquina Hoyton destinada para ensayos Rockwell tipo Minor-71.

Mquina Hoyton para medir escalas Brinell tipo 1002 especial para

metales porosos.

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Mquina Zwick de ensayos universales de dureza Rockwell,

Brinell y Vickers tipo 818 LKV.

Durmetro porttil digital Wilson tipo M250-A para ensayos de

dureza Leeb, Vickers, Brinell; Rockwell y Shore.

TIPO DE PENETRADORES:

Penetrador 1/16.

Penetrador de diamante HRC.

Penetrador Brinell.

Penetrador Vickers.

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MTODO ROCKWELL MTODO BRINELLSe determina la profundidad de

penetracin de un indentador bajo

ciertas condiciones arbitrarias de

pruebas. El indentador puede ser una

esfera de acero de algn dimetro

especfico cnico de punta esfrica.

Se determina forzando a una esfera

endurecida a penetrar en la superficie

de un material por medio de una carga

conocida y midiendo el dimetro de la

huella o indentacin dejada despus de

la prueba.La indentacin es menos profunda. La indentacin es ms profunda.Hace una impresin o huella ms

pequea.

Hace una impresin o huella ms

grande.Puede usarse en materiales ms

delgados.

No es usual utilizarlos en materiales

muy delgados.Es mucho ms rpido. Es un poco ms lento.Se denota HR. Se denota HB.Mide la dureza por penetracin. Mide la dureza por la seccin rayada.

MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR Durmetro (dureza segn Rockwell HRC HRB) Penetradores: Cono de punta de diamante (Brale)

Bola de acero templada de 1/16 Probetas: De acero 1020 templada

De acero no templada

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IV. PROCEDIMIENTO EN DIAGRAMA DE FLUJO:

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

INICIO

Durmetro, penetrador: Conode punta de Diamante (Brale),X (probetas)

Distintas probetas para medir su resistencia

Calibrar el equipo y mantenerlo en

condiciones aptas para operar

Colocar X sobre el dispositivo de apoyo y girar el volante hacia laderecha hasta tener contacto con el mango tensor y el cuerpo penetrantey que la aguja pequea coincida con el punto referencial rojo (precarga

de 10 Kg.)

Girar la pantalla hasta colocar la aguja principal(grande) de la mquina en cero (0) de la escala HRC

Aplicar la carga principal de 140 Kg. Esperar hasta quela misma se estabilice. Luego levantar la fuerza

principal

Lectura de la Mquina

X

Tabular

FIN

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Una vez que el equipo est calibrado y en ptimas condiciones de operacin

proceder de la siguiente manera:

Colocar las probetas a ensayar sobre los dispositivos de apoyo, girar el

volante hacia la derecha hasta tener contacto con el manguito tensor y el

cuerpo penetrante, mantener el giro hasta que la aguja pequea coincida

con el punto referencial rojo (carga inicial aplicada 10 Kg.).

Girar la pantalla hasta colocar la aguja principal (grande) en cero (0)

escala HRC.

Aplicar la carga de 150Kg.Esperar hasta que la misma se estabilice.

Levantar la fuerza principal y leer la lectura tabulada.

PRECAUCIONES DE LAS PRUEBAS:

El estado del penetrador

Aplicacin de la carga

Superficie de la probeta

Espesor de la probeta

Forma de la probeta

Situacin de la huella

V. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES:

Se realizan en base a los objetivos de la prctica, los resultados experimentales y

el trabajo de laboratorio realizado.

VI. PROBLEMAS PROPUESTOS:

1.- Calcular la dureza Brinell de un acero con un penetrador de 10mm y carga de

2500 Kg. Produciendo una huella de 8.5mm.

2.- Calcular la dureza Brinell de un acero con un penetrador de 10mm y carga de

3000 Kg. Produciendo una huella de 3.75mm.

3.- Investigar la diagonal de la huella en un ensayo con una carga de 30 Kg. Que

produce una dureza de 720 HV.

4.- Explique por qu la dureza en todos los puntos no es la misma.

5.- Explique las ventajas y desventajas de los Mtodos Brinell y Rockwell

6.- Diferencia entre la dureza de una probeta templada y una probeta no templada.

7.- Cmo se leen las siguientes expresiones?:

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580 HB 5/130/4

130 HRc

30 HRb

1045

8.- Investigar los conceptos de:

a.- Tratamiento Trmico. b.-Tipos de Tratamiento Trmico.

c.- Temple. c.- Dureza d-. Identador Penetrador

CLASIFICACIN DE LOS ACEROS SEGN NORMAS

ASOCIACIONES DEDICADAS A LA NORMALIZACIN

EE.UU: AISI: American Iron Steel Institute

SAE: Society Automotive Engineers

ALEMANIA: DIN: Deustshe Institut fur Normang

AISI SAE Aceros en general:

Los nmeros bsicos para la serie de cuatro dgitos de los diversos grados de aceros al

carbono y de aleacin con porcentajes aproximados de elementos de identificacin son:

10xx Aceros al carbono: bsicos de hogar abierto y bessemer cidos;

11xx Aceros al carbono: bsicos de hogar abierto y bessemer cidos, azufre alto, fsforo bajo;

12xx Aceros al carbono: bsicos de hogar abierto, azufre alto, fsforo alto;

13xx Manganeso 1.75;23xx Nquel 3.50 (serie eliminada en 1959);

25xx Nquel 5.00 (serie eliminada en 1959);

31xx Nquel 1.25 y cromo 0.60 (serie eliminada en 1964);

33xx Nquel 3.50 y cromo 1.50 (serie eliminada en 1964);

40xx Molibdeno 0.20 o 0.25;

41xx Cromo 0.50, 0.80 o 0.95 y molibdeno 0.12, 0.20 o 0.30;

43xx Nquel 1.83, cromo 0.50 o 0.80 y molibdeno 0.25;

44xx Molibdeno 0.53;

46xx Nquel 0.85 o 1.83 y molibdeno 0.20 o 0.25;

47xx Nquel 1.05, cromo 0.45 y molibdeno 0.20 o 0.35;

48xx Nquel 3.50 y molibdeno 0.25;

50xx Cromo 0.40;

51xx Cromo 0.80, 0.88, 0.93, 0.95 o 1.00;

5xxxx Carbono 1.04 y cromo 1.03 o 1.45;

61xx Cromo 0.60 o 0.95 y vanadio 0.13 o 0.15 mn;

86xx Nquel 0.55, cromo 0.50 y molibdeno 0.20;


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92xx Silicio 2.00;

93xx Nquel 3.25, cromo 1.20 y molibdeno 0.12 (serie eliminada en 1959);

98xx Nquel 1.00, cromo 0.80 y molibdeno 0.25 (serie eliminada en 1964), y

94Bxx Nquel 0.45, cromo 0.40, molibdeno 0.12 y boro 0.0005 mn.

Serie eliminada no significa que estos aceros ya no se fabriquen; simplemente significa que

la cantidad de toneladas est por debajo de cierto mnimo para incluirse en la lista de grados

estndar. La AISI revisa peridicamente la lista.

ESCALA DE DUREZA ROCKWELL

Escala Carga Mayor Kg. Tipo de de marcador Materiales tpicos de muescas probadosA 60 Cono de diamante Materiales duros en

extremo, carburo s de

tungsteno, 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 (tratadas)

D 100 Cono de diamante Acerosuperficialmente

cementadoE 100 Bola de 1/8 Hierro fundido,

aleaciones de

aluminio y magnesioF 60 Bola de 1/16" Bronce y cobre

recocidosG 150 Bola de 1/16" Cobre al berilio,

bronce fosfrico, etc.H 60 Bola de 1/8" Placa de aluminio

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

aluminioL 60 Bola de 1/4" Plstico y metales

suaves, como el

plomoM 100 Bola de 1/4" Igual que la escala LP 150 Bola de 1/4" Igual que la escala LR 60 Bola de 1/2" Igual que la escala LS 100 Bola de 1/2" Igual que la escala LV 150 Bola de 1/2" Igual que la escala L

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Medicin de Dureza y rangos de Conversin:

Pieza detrabajo/muestra

ensayadaEscalas estndar de Dureza

Leeb

(HL)

Vickers

(HV)

Brinell

(HB)

Rockwell

B (HRB)

Rockwell

C (HRC)

Shore

(SHD)

Acero/Fundicin

(ST)

300-

90080-940

80-650

(F=30D2)

38.4-

99.520-65

32.5-

99.5

Acero de

Herramientas

300-

84080-900 20.4-67

Acero

Inoxidable oacero refractario

(SS)

300-800

85-800

85-670(F=30D2)

46.5-100 20-63

Acero dearandelas

(GS)

500-

880

80-80020-68.8

32.5-

99.0

Fundicin Gris

(GC)

360-

660

93-340

(F=30D2)

Fundicin

nodular (NC)

400-

660

130-390

(F=30D2)

Aleaciones de

Aluminio (AL)

200-

56032-190

30-160

(F=10D2)27-91

Latn (BS)200-

56045-200

40-180

(F=10D2)12-94

Bronce (BZ)300-

700

60-290

(F=10D2)

Cobre (CU)200-

42050-130

45-120

(F=10D2)4-72

Nota: Esta tabla muestra los rangos varios de dureza para los materiales ms tpicos.

Un ensayo fuera del rango especificado ser invlido y una E (error) mostrar en la

pantalla del equipo. Los errores son provocados generalmente por falta de

correspondencia entre el material bajo prueba y el material seleccionado en el

instrumento.

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EFECTOS DE ALGUNOS ALEANTES SOBRE EL ACERO:

BIBLIOGRAFA:

ASKELAND, Donald. Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Tercera

Edicin, Mxico, 1998. Internacional Thompson Editores.

FLINN, Richard. Materiales de Ingeniera y sus aplicaciones. TerceraEdicin, Mxico, 1991. Editorial Mc Graw- Hill Latinoamericana

HANS, Studemann. Ensayo de Materiales y Control de Defectos en la

Industria del Metal. Bilbao (Espaa), 1979.

VAN BLACK, Lawrence. Elements of Materials Science & Engineering.

Cuarta Edicin, Estados Unidos, 1980. Addison- Wesley Company.

EFECTOSALEANTES

C Cr Co Pb Mn Mo Ni P SiAUMENTA LA RESISTENCIA MXIMA X X X X X XAUMENTA LA DUREZA X XAUMENTA LA RESISTENCIA AL DESGASTE X X X XAUMENTA LA TEMPERATURA DE FUSIN X X X X XAUMENTA LA DUCTILIDAD XAUMENTA EL LIMITE DE ELASTICIDAD X X XAUMENTA LA RESISTENCIA AL HERRUMBE X XAUMENTA LA RESISTENCIA A LA ABRASIN X XAUMENTA LA TENACIDAD X X XAUMENTA LA RESISTENCIA AL IMPACTO X XAUMENTA LA RESISTENCIA A LA FATIGA

DISMINUYE LA DUCTILIDAD X XDISMINUYE LA TENACIDAD XAUMENTA TEMPERATURAS CRTICAS X XDISMINUYE TEMPERARTURAS CRTICAS X XCAUSA FRAGILIDAD EN CALIENTECAUSA FRAGILIDAD EN FRO XMEJORA LA RESISTENCIA EN CALIENTE X XDUFICULTA EL CRECIMIENTO DE GRANO XREDUCE LA DISTORCIN AL TEMPLE X XACTUA COMO DESOXIDANTE XACTUA COMO DESULFURANTE X

MEJORA LA TEMPLABILIDAD EN ACEITE X X X XMEJORA LA TEMPLABILIDAD EN AIRE X XELIMINA SOPLADURAS XMEJORA LA SOLIDEZ EN FUNDICIONESMEJORA LA MAQUINABILIDAD X XFORMA CARBUROS X X

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Ing. Celirys Morales.

practica nº 1 dureza

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