MEDICIÓN DE DUREZA EN MATERIALES PROCESOS MECÁNICOS

MEDICIÓN DE DUREZA EN MATERIALES

        PROCESOS MECÁNICOS        

Víctor Manuel Cortes - 20161015007

María Alejandra Murcia - 20161015029

Mateo Sandoval – 20161015137

ABSTRACT

The present work has as objective to describe and explain five common tests that allow to test the hardness of materials, these tests are: Brinell, Meyer, Rockwell, Vickers and Knoop. In addition, the ASTM standards will be considered to address the procedures to be followed when carrying out these methods.

KEYWORDS: Hardness, Brinell, Meyer, Rockwell, Vickers, Knoop.

RESUMEN

El presente trabajo tiene como objetivo describir y explicar cinco pruebas comunes que permiten probar la dureza de los materiales, estas pruebas son: Brinell, Meyer, Rockwell, Vickers y Knoop. Además, las normas de ASTM se tendrán en cuenta para abordar los procedimientos que se deben seguir al llevar a cabo estos métodos.

PALABRAS CLAVE: Dureza, Brinell, Meyer, Rockwell, Vickers, Knoop.

INTRODUCCIÓN

“Las propiedades mecánicas de los materiales determinan su comportamiento cuando se les sujeta a esfuerzos mecánicos” [1]. Una de las propiedades más importantes de un material en la industria es su dureza, ésta da al material la resistencia a ser penetrado o rayado, de hecho, los ensayo  dureza de un material está estrechamente relacionada con otras propiedades como la deformación, fuerza, ductilidad y resistencia al desgaste.

Asimismo, la dureza puede ayudar a determinar si el material es capaz de resistir deformaciones bajo esfuerzos a los que se verá sometido, es decir, si es adecuado o no para el uso que se le dará, ya que ciertas aplicaciones dependen de las propiedades mecánicas descritas y si estos llegasen a fallar por algún motivo, el daño podría ser inmensurable. De esta forma, la dureza también permite reconocer el material más óptimo para un propósito.

Ahora bien, a la hora de evaluar los resultados del ensayo de dureza es necesario establecer:

• La geometría del penetrador
• Un perfil de tiempo de carga (duración de carga)
• Peso de la carga aplicada

ENSAYOS DE DUREZA EN LOS MATERIALES

En este orden de ideas, es necesario llevar a cabo pruebas que mediante la penetración de un material con uno más duro permitan medir la resistencia de este a la deformación permanente; por tal motivo, a continuación, se abordarán cinco ensayos comunes: Brinell, Meyer, Rockwell, Vickers y Knoop.

1. Brinell

Es la medición de la dureza, o ensayo de dureza resultado del método de indentición, Fue descubierto en suecia por el ingeniero Johan August Brinell en 1990, es el ensayo más antiguo para medir la dureza de los materiales, cuando nació se usaban un cojinete de bolas para una vía férrea que golpeasen con el material, y así obtener la medida del diámetro de la abolladura. por medio de la siguiente ecuación:[pic 1][pic 2]

Ecuación 1. Dureza Brinell. [2]

[pic 3]

Actualmente, el ensayo de Brinell se da con una máquina que presiona una bola de carburo de tungsteno en el material y la misma da un valor de la dureza del material y también se puede medir por medio de la ecuación de dureza de Brinell.

Este ensayo se utiliza en materiales de gran tamaño, que en su estructura el grano sea grande o irregular.

Los materiales que aplican a esta prueba tienen una estructura especial, como se explicó anteriormente, una estructura de grano grande o irregular, algunos materiales que ejemplifican este requerimiento son:

• Forjados
• De fundición

Su fuerza de carga va desde 1 KGF a 3000 KGF (para materiales muy resistentes), la unidad de ensayo de dureza admite una dureza máxima de 650 HBW.

Para este ensayo solo se utiliza para aplicar la presión las bolas de carburo de tungsteno de acuerdo con la nueva normativa Brinell.

Según las normas de ASTM, específicamente, la norma E-10 indica el procedimiento que se debe dar para esta prueba.

1. Elegir carga según material al que se le realizará la prueba
2. Colocar carga elegida
3. Colocar el penetrador (bola de carburo de tungsteno) en su lugar
4. Colocar pieza sobre meseta de apoyo y realizar prueba

1. Aplicar precarga, hasta que la aguja llegue al punto rojo
2. Colocar en cero el comparador
3. Aplicar carga completa (la aguja se moverá)
4. Verificar que el regulador de velocidad esté entre 2 y 8 segundos para detenerse
5. Esperar hasta que la máquina esté en posición de reposo o se detenga la aguja
6. Retirar precarga

1. Medir la marca empleando un sistema de medida con precisión.  
2. Lectura directa en la escala C y en máquina.    

1. Meyer (MHN)

Este método es muy similar al ensayo dureza Brinell, la diferencia es que la superficie de referencia S es la proyectada por la huella, es decir, Πd2/4 y no el área curvada de contacto con la huella.[3] De esta forma, la dureza de este ensayo se determina con la siguiente ecuación:

                   Ecuación 2. Dureza Meyer.

[pic 4]

Este ensayo fue creado porque con esta ecuación es mucho más fácil hallar la dureza e incluso, es más aproximada la presión que se aplica por medio de la bola y por lo tanto, esta práctica es menos sensible a las variaciones de carga. Además, para materiales trabajados en frío es casi constante y para metales recocidos aumenta con la carga [4].

Es importante mencionar que, aunque este método parece más confiable, nunca ha tenido relevancia y generalmente se usa el Brinell.

1. Rockwell

Método para determinar la dureza de un material, por medio de un aparato llamado Durómetro, normalmente se utiliza en ensayos rápidos pero que a su vez tienen que ser muy confiables, en talleres o laboratorios [pic 5][pic 6]

Por lo general, se usa en geometrías de muestras de mayor tamaño. La mayoría de estos ensayos se da con materiales metálicos como lo son:

• Blandos. Se utiliza como penetrador una bola de acero templado.
• Duros. Se utiliza como penetrador un cono de diamante.
• Pequeños espesores en materiales blandos o duros. (Rockwell superficial) En este supuesto se usa la modalidad de pequeñas cargas especificadas en la norma.

El cálculo de este método consiste en la medición de la profundidad dejada en el material por el Durómetro, el cual utiliza como modo de penetración una bola de carburo de diamante o tungsteno de la siguiente forma:

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