Dureza

DUREZA

Por medio de este método obtenemos características mecánicas importantes en forma rápida y no destructiva y permiten realizar en piezas ya elaboradas.

Definición :"La mayor o menor resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o penetrado por otro" o "la mayor o menor dureza de un cuerpo respecto a otro tomado como elemento de comparación".

MÉTODO DE DUREZA

*Ensayo estático de penetración.

*Ensayo de rebote.

*Ensayo de rayado.

*Ensayo de abrasión y erosión.

ENSAYO DE PENETRACIÓN:

Define la dureza como la resistencia a la penetración o resistencia a la deformación plástica que opone un material a ser presionado por un penetrador determinado y bajo la acción de cargas preestablecidas.

DUREZA BRINELL.

Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero muy duro durante un cierto tiempo (t) produciendo una impresión con forma a casquete esférico.

Resulta de dividir la carga aplicada por la superficie dada del casquete.

Constante de ensayo: la resistencia de penetración varia con la solicitación y el penetrador => la dureza estará en función de la carga de ensayo y el diámetro de la bolilla.

P / D² = cte.

PENETRADORES:

Bolilla de acero diámetro 15; 5; 2,5; 2; 1 mm.

de acero hasta 450HB, de carburos (tungsteno) hasta 630 Hb

*El tiempo de aplicación Aceros =>15 seg. , en metales blandos =>30seg.

(no debe producirse efectos dinámicos)

*Cargas empleadas: 3000kgf - 1500kgf - 500kgf

DUREZA ROCKWELL

Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetración y la carga total no se aplica en forma continua. Hay una carga inicial y otra adicional (varia según las condiciones de ensayo).

El valor se obtiene en directa del dial del indicador. La dureza esta dada por el incremento de penetración debido a la acción de la carga adicional y una vez suprimida ésta

La carga inicial es de 10 kgf y las adicionales son de 50, 90 y 140 Kgf y los penetradores utilizados son: bolilla de 1/16”, 1/8”, ¼” y ½” o cono de diamante. Las escalas más usadas son HRC (con cono de diamante y carga de 150Kgf) y HRB (con bolilla de 1/16” y carga de 100 kgf).

DUREZA VICKERS

Es semejante a la de Brinell o sea su valor depende de la carga aplicada y de la superficie de la impronta o huella. Las cargas varían de 1 a 120 kgf y el penetrador es una punta de diamante con forma piramidal.

Las más comunes son 30 y 50 kgf (Hv30 y HV50)

ENSAYOS DE DUREZA DE LOS ACEROS

Dureza Brinell

Se utiliza una carga de 3000 kgf aplicada con una bolilla de 10 mm de diámetro.

En el Acero SAE 1015:

D1 = 5,9 mm HB1 = 99 valor final:

D2 = 5,8 mm HB2 = 103 HB 10,3000,15 = 101

En el Acero SAE 1045:

D1 = 4,15 mm HB1 = 212 valor final:

D2 = 4,2 mm HB2 = 207 HB 10,3000,15 = 207

D3 = 4,2 mm HB3 = 207

Trababjo Practico : determiner los diametros de impronta medidos en cada caso

Dureza ROCKWEEL

Se aplica la escala tipo A, la cual utiliza como penetrador un cono de diamante, carga inicial de 10 kgf y carga adicional de 50 kgf.

En el acero SAE 1015:

HRA = 35

HRA = 35 Valor Final HRA = 35

HRA = 37

En el acero SAE 1015:

HRA = 50

HRA = 50 Valor Final HRA = 50

HRA = 52

Dureza VICKERS

Se aplica una carga de 10 kgf.

En el acero SAE 1015:

Valor de la diagonal = 0,41 mm Hv10 = 110

En el acero SAE 1045:

Valor de la diagonal = 0,294 mm Hv10 = 215

Durómetro Brinell y Rockwell)

Durómetro Vickers

DUREZA 1

DUREZA BRINELL

OBJETIVO DEL ENSAYO. Determinar experimentalmente la dureza Brinell. Estudiar su campo de aplicación.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.

Definición de dureza: Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.

Un análisis de la anterior definición nos lleva a las siguientes conclusiones: 1) la dureza, por definición, es una propiedad de la capa superficial del material, no del material en sí; 2) los métodos de dureza por indentación presuponen la presencia de esfuerzos de contacto, por lo tanto la dureza puede ser cuantificada como tal; 3) el indentador o penetrador no debe sufrir deformaciones residuales.

El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga.

Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie de la huella:

;

Trabajo Practico:

Deducción de la fórmula de cálculo del área A del casquete esférico

En la práctica se usa la siguiente fórmula de trabajo:

El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones:

Diámetro de la bola (D) : 10 mm

Carga (P): 3000 kgf

Duración de la carga (t): 10 ... 15 s

En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota sin ningun sufijo. Ejemplo:

220 HB

Esta notación indica una dureza Brinell de 220 bajo las condiciones estándar arriba nombradas. (10/3000/15).

Si por alguna razón no pueden aplicarse las condiciones estándar es posible aplicar cargas menores y utilizar indentadores esféricos de diámetros menores (estas mediciones no se consideran como estándar). En este caso la obtención de resultados comparables de los ensayos exige la observación del criterio de semejanza que para el caso dado corresponde a la constancia de la relación de la carga respecto al cuadrado del diámetro de la bola (obsérvese la fórmula de dureza), es decir,

.

Se toma esta relación igual a 30, 10 y 2,5 según la naturaleza y dureza supuesta del material investigado.

En el caso de realizarse el ensayo bajo condiciones distintas a las estándar y atendiendo a la consideración anterior, la dureza Brinell se denota también como HB, pero con la adición de sufijos que indiquen el diámetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicación de la misma. Ejemplo:

63 HB 10/500/30

Esta notación indica una dureza Brinell de 63 medida con una bola de 10 mm de diámetro y una carga de 500 kgf. aplicada durante 30 s.

Para la escogencia de la relación de carga y la correspondiente combinación de diámetro de bola y carga a aplicar se poseen tablas ampliamente conocidas.

Se debe tener sumo cuidado en que el diámetro de la huella esté entre el 25% y 60% del diámetro de la bola. Es decir, para las condiciones estándar (bola de Æ10 mm), el diámetro de la huella debe estar entre 2,5 y 6 mm. En la literatura se considera que la huella “ideal” es de d= 0,375 D.

PROCEDIMIENTO

Para obtener la dureza Brinell de la superficie de un material se presiona contra la probeta una bola de acero con determinado diámetro D. La bola se mantiene algún tiempo bajo la carga P . Luego de retirada la carga se miden dos diámetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio de los diámetros (d) y los otros valores se sustituyen en la fórmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Brinell. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones más.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.

Máquina. Para los ensayos Brinell se usa el escleroscopio HP-250 marca Wekstoffprüfmaschinen, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Este aparato sirve para la medición tanto de dureza Brinell como Vickers. Aplica cargas hasta de 250 kgf, por lo que es necesario aplicar los criterios de semejanza de los que se habló arriba. Posee incorporado un microscopio de medición, el cual posee una resolución de 0,001mm. El funcionamiento y procedimiento de medición serán explicados por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.

Aspecto general del esclerómetro WPM HP-250

El estándar ASTM E 10 presenta las siguientes exigencias a las máquinas de medición de dureza Brinell: El diseño debe ser tal que se excluya cualquier mecimiento o movimientos laterales del indentador

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