En esta práctica hablaremos sobre los conceptos básicos de dureza e impacto, y a su vez mostrando los tipos de ensayos y su realización a continuación.

1. INTRODUCCIÓN

En esta práctica hablaremos sobre los conceptos básicos de dureza e impacto, y a su vez mostrando los tipos de ensayos y su realización a continuación:

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 y se la suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son:

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).

Los diferentes métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar en dos grandes grupos según la forma de aplicación de la carga:

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 método Brinell, Vickers y Knoop, o bien es una medida de la profundidad de la identación como en el ensayo Rockwell.  

Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de impacto. En general 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, ambos conocidos como métodos de dureza por rebote. [1]

En el ensayo de dureza Brinell el penetrador es una bola de acero extraduro de diámetro 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 diámetro d sobre el metal. La selección de las cargas, P, y diámetros, D, es una función del espesor de la pieza a ensayar, pues los resultados de dureza quedan falseados cuando pequeños espesores son ensayados con grandes cargas. La normas DIN 50351, indica la forma de selección de las cargas, materiales y diámetro de bolas, estableciendo para cada material una relación entre la carga y el cuadrado del diámetro. El ensayo de dureza Vickers es, como el Brinell, un ensayo cuyo objetivo es la determinación de la superficie lateral, S, de la huella. El penetrador es una pirámide de diamante de base cuadrada, cuyo ángulo en el vértice es de 136°. Como en el ensayo Brinell, la aplicación de la carga se realiza con una velocidad mínima, vm, y se requiere un tiempo mínimo de permanencia, t, entre 15 y 20 segundos generalmente. La denominación 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.

En los ensayos de dureza Rockwell, las unidades de dureza se establecen por la medida de la profundidad de la huella. El ensayo es aplicable a todo tipo de materiales metálicos: 

a)         Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado, similar al del ensayo Brinell, con diámetros de bola y cargas normalizados para cada tipo de ensayos.

 b) Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante de 120° de ángulo de vértice redondeado en la punta. Se usan cargas normalizadas de 60, 100 y 150 kilogramos.

 c) Pequeños espesores en materiales blandos o duros. Es el caso de flejes, chapas delgadas o también sobre capas endurecidas, cementadas o nitruradas. En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas 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. [2]

El ensayo de Impacto a menudo se utiliza para evaluar el comportamiento de los materiales cuando este es sometido a un golpe súbito o intenso. De esta manera, se han diseñado muchos procedimientos para medir la tenacidad, incluyendo el ensayo Charpy el Izod. El ensayo Izod por lo general se utiliza para materiales no metálicos, en dicha prueba   se   aplica   la   carga   a   una   muestra   colocada   como   viga   en   voladizo, soportada por un extremo y en donde se golpea el otro extremo. En cambio, en el ensayo Charpy, un péndulo pesado, que inicia su movimiento desde una altura inicial, describe un arco y posteriormente golpea y rompe la probeta; llega a una altura final menor. Si se conocen las alturas inicial y final del péndulo, se puede calcular la diferencia en su energía potencial. Esta diferencia es la energía de impacto absorbida durante la falla o ruptura de la probeta. [3]

1. OBJETIVOS

1. Objetivo principal

• Determinar la dureza en tres piezas de diferentes materiales usando en forma correcta los tipos de identadores, seleccionando y aplicando correctamente las cargas de ensayo y las escalas de lectura. Analizar y reconocer la importancia de la prueba de impacto por el método CHARPY para determinar algunas de las características de los materiales.

2.2. Objetivos específicos

• Comprobar prácticamente los teoremas y aplicaciones estudiadas teóricamente en clases.
• Interpretar la dureza como una propiedad mecánica que mide la resistencia a ser penetrado.
• Conocer los diferentes métodos y ensayos para medir la dureza con sus respectivas escalas de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers).
• Medir las durezas de algunos materiales más usados como: acero, aluminio y cobre.
• Determinar la tenacidad a la fractura de un material al ser sometido al ensayo de impacto.
• Reconocer que tan dúctil es el material después de realizar la prueba y de someterlo a cargas de impacto.

1. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS

3.1. Materiales

• Una muestra de acero, una de cobre y una de aluminio.
• Dos probetas metálicas en forma de cabilla.
• Hoja de datos.

3.2. Equipos

• Vernier, marca MITUTOYO y apreciación de 0.05.

• Durómetro, marca BUEHLER, modelo MACROMET5100T.
• Durómetro, marca FRANK, modelo 530.
• Péndulo de Charpy, marca FRANK, modelo 580M.

4.   PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Actividad No 1: Ensayo de Dureza.

Para cada uno de los ensayos de dureza se aplicaron estas normas básicas:

• Se verifican que las muestras estén limpias.
• Se calibran los durómetros antes de empezar los ensayos.
• Dependiendo del tipo de ensayo se selecciona con cuidado el tipo de identador.
• Al aplicar la carga nos percatamos que no sea en los bordes de la pieza.
• A la hora de aplicar la carga siguiente nos fijamos que no sea en la misma posición de la identación anterior ya que en el ensayo brinell se toma en cuenta el diámetro de la huella para el cálculo de la dureza.

4.1.1. Determinar la dureza de las muestras suministradas (acero, aluminio y cobre) en las diferentes escalas (rockwell, vickers y brinell).

Para las tres muestras a estudiar las cuales son Acero, Cobre y Aluminio se utilizaron tres escalas o métodos.

4.1.1.1Método Rockwell.

• La primera muestra a estudiar es el acero, en la cual se utilizó un  identador de bola de 1/16 pulgadas, realizando 3 pruebas al material. Dos con una dureza tipo Rockwell F y una tipo Rockwell B, todas con una pre-carga de 10kg y una carga de 60kg.
• La segunda muestra a estudiar es el cobre, en la cual se utilizó un  identador de bola de 1/16 pulgadas, realizando 2 pruebas al material. Ambas con una dureza tipo Rockwell F,  con una pre-carga de 10kg y una carga de 60kg.
• La segunda muestra a estudiar es el aluminio, en la cual se utilizó un  identador de bola de 1/16 pulgadas, realizando 2 pruebas al material. Ambas con una dureza tipo Rockwell F,  con una pre-carga de 10kg y una carga de 60kg.

4.1.1.2Metodo Brinell.

• La primera muestra a estudiar es el acero, en la cual se utilizó un  identador de bola de 5 milímetros de diámetro, y se determinaron 2 diámetros.
• La segunda muestra a estudiar es el cobre, en la cual se utilizó un  identador de bola de 5 milímetros de diámetro, y se determinó 1 solo diámetro.
• La tercera muestra a estudiar es el aluminio, en la cual se utilizó un  identador de bola de 5 milímetros de diámetro, y se determinó 1 solo diámetro.

Nota: La carga (p) a utilizar queda en función del diámetro (D) de la bola del identador la cual se calcula con la siguiente expresión:  La fórmula para el cálculo de dureza brinell (HB) se calcula con la siguiente expresión:  donde el diámetro de la identacion es representada por la letra (d).[pic 1][pic 2]

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