Materiales
prinston95111 de Junio de 2014
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ENSAYO DE MATERIALES
Con el ensayo de los materiales deben determinarse los valores de resistencia, verificarse las
propiedades y establecerse el comportamiento de aquellos bajo la acción de las influencias externas.
El factor económico juega un rol de importancia en el campo de la fabricación en general, imponiendo
un perfecto conocimiento de los materiales a utilizar, de manera de seleccionarlos para cada fin y
poder hacerlos trabajar en el límite de sus posibilidades, cumpliendo con las exigencias de menor
peso, mejor calidad y mayor rendimiento.
En los ensayos físicos se determinan generalmente la forma y dimensiones de los cuerpos, su peso
específico y densidad, contenido de humedad, etc., y en los mecánicos la resistencia, elasticidad y
plasticidad, ductilidad, tenacidad y fragilidad, etc.
ENSAYOS DE DUREZA
La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro.
La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el
efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como
indicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástica)
En algunos casos, es necesario determinar las características mecánicas de los materiales sin llegar
a su destrucción. También podemos determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de
dureza. Podemos mencionar los tres tipos de ensayos de dureza más importantes:
DUREZA ROCKWELL
Para los materiales duros se emplea como elemento de penetración un cono de diamante de ángulo
120º, y para los semiduros y blandos una bolita de acero de 1/16”, deduciéndose la fuerza Rockwell
de la profundidad conseguida en la penetración. El cuerpo empleado para la penetración se hace
incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga previa de 10Kg. La profundidad de
penetración alcanzada constituye el valor de partida para la medición de la profundidad de la huella.
Después se aumenta en 140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada a la bolita
(100Kg), bajándose nuevamente el valor previo. Se mide la profundidad de penetración que queda y
en la escala del aparato se lee directamente la correspondiente dureza Rockwell C (HRc) cono o la
Rockwell B (HRb) bolita.
Ensayos de dureza
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La siguiente es una tabla simplificada de los materiales más comunes que se miden con Rockwell.
Cargas (kgf) HB Penetrador Adicional Total Material
B Bolilla 1/16” 90 100 Acero blando. Aleaciones de Cu y Al. Fundición
maleable
C cono 140 150 Acero de alta dureza. Fundición perlítica.
DEFINICIONES
NUMERO DE DUREZA ROCKWELL: es un número obtenido por la profundidad de la huella;
el cual proviene cuando se aumenta la carga sobre un penetrador desde una carga fija menor hasta
una mayor, retornando después a la carga menor.
Los números de dureza Rockwell se expresan siempre con un símbolo de escala, que indica el
penetrador y la carga utilizada.
EJEMPLO: 60 HRC indica un valor de dureza Rockwell 60 medido en la escala C.
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.
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.
PROCEDIMIENTO.
APLICACIÓN DE LA CARGA MENOR: debe colocarse la probeta sobre el soporte y aplicar la
carga menor gradualmente hasta que se obtenga la indicación apropiada en la carátula. Esto se
obtiene cuando el indicador haya dado él numero apropiado de revoluciones completas y quede
dentro de 5 divisiones de la posición de ajuste en la parte superior de la carátula.
APLICACIÓN DE LA CARGA MAYOR: Debe aplicarse la carga mayor accionando la palanca
de operación sin impacto y dejando que gire libremente. Se retira la carga mayor llevando la palanca Ensayos de dureza
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de operación de regreso a la posición original dentro de los 2 segundos siguientes después de que su
movimiento ha cesado sin interrumpirla maniobra de regreso.
LECTURA DE LA ESCALA PARA DUREZA ROCKWELL: Debe considerarse la dureza
rockwell como la lectura del indicador en la escala apropiada de la carátula, después de que se ha
quitado la carga mayor y mientras la carga menor aun esta actuando. Estas lecturas se estiman a
veces a la mitad de una división, dependiendo del material que se pruebe.
CONDICIONES DEL ENSAYO
1. La superficie del material debe estar lisa, seca y libre de grasa, polvo etc.
2. El espesor de la probeta debe ser por lo menos diez veces la profundidad de la huella, y el
ensayo no es válido si en la cara posterior a la del ensayo aparece una protuberancia.
3. Si se ensaya una pieza cilíndrica, el radio debe ser mayor en seis milímetros al del penetrador.
Los valores de dureza resultan ligeramente inferiores a los valores reales.
4. La aplicación de la carga debe hacerse de manera perpendicular a la superficie de la probeta.
DUREZA BRINELL.
Se comprime una bola de acero templada, de diámetro (D) 2,5; 5 ó 10mm, contra el material a
ensayar con una fuerza P. Después de liberar la carga se mide el diámetro (d) de la huella con un
dispositivo amplificador óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:
2
2
. .(
2
D D D d
P
Hb
− −
=
π
DONDE :
P: carga aplicada en N (kgf)
D: diámetro del balín en mm.
d: diámetro medio de la huella en mm.
• 1 kgf es igual a 9.80665 N.
La fuerza del ensayo debe tomarse de magnitud tal que se forme una huella con diámetro d = 0,2.D a
d = 0,7.D. Para materiales blandos y bolas de ensayo pequeñas, la fuerza del ensayo debe ser
menor. Se calcula partiendo del grado de carga y del diámetro de la bola.
,0 102
.
2
a D
F = a: grado de la carga
El grado de la carga para el acero no templado y el hierro fundido es a = 30; para metales no férreos
y sus aleaciones a = 10; para el aluminio y el cinc a = 5; para los metales de cojinetes a = 2,5; para el
plomo y el estaño a = 1,25.
Cargas y diámetro de esfera usadas para el ensayo de dureza Brinell
Diámetro de la esfera Carga en Kg
D en mm 30 D2
10 D2
5 D2
2,5 D2
10 3000 1000 500 250
5 750 250 125 62,5
2,5 187,5 62,5 31,2 15,6
Signo abreviado HB 30 HB 10 HB 5 HB 2,5
En algunos materiales, la penetración provoca una deformación en la huella, la cual puede llegar a
dar una información falsa a la hora de medir el diámetro. Ensayos de dureza
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Puede generarse una depresión
o una craterización.
Se sabe experimentalmente que él numero de dureza Brinell de casi todos los materiales esta
influenciado por la carga de penetración, el diámetro del balín y las características elásticas del
mismo. En general debe usarse un balín de 10 mm de diámetro y de una composición química
adecuada con cargas de 3000 kgf, 1500 kgf o 500 kgf, dependiendo de la dureza
...