Medicicion de dureza e impacto.

UNIVERSIDAD DE CARABOBO.

FACULTAD DE INGENIERIA.

ESCUELA DE INGENIERIA MECÁNICA.

DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACION.

LABORATORIO DE MATERIALES.

28/05/2016

1. INTRODUCCIÓN

La dureza de materiales, está definida como la resistencia a la deformación local, es decir  es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar. [1]

La dureza es una propiedad compleja relacionada con las propiedades mecánicas del material, tales como el modulo elástico, resistencia tensil y comportamiento viscoelastico, entre otras. Esta relación con las propiedades mecánica del material no es directa, pero existe una tendencia: materiales con módulos altos, poseen los mayores niveles de dureza. [2]

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. [2]

Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría. [3]

Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. [3]

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

• Dureza Brinell: En el ensayo de dureza Brinell una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos. El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. [3]
• Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar. [3]
• Dureza Rockwell: La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo. El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.  El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de medición", caracterizada como A,B,C, etc. y siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en qué escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.). (El proceso de medición con penetrador de diamante es utilizado para materiales duros, como por ejemplo los templados)  La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0 y una posterior P1 tal que: P = P0 + P1. Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0 sobre la acción de la carga P0 que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales. A continuación se aplica la carga P1 y la penetración se acentúa. Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante (solamente actúa P0) determina el número de dureza HR.  Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. [3]
• Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. [3]
• Dureza Vickers: Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor. El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida las diagonales del rombo de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kg·f) y el área de la superficie lateral de la impresión. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. [3]

[pic 1]

El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes micro estructurales del material. [4]

Los ensayos de impacto son realizados para valorar la capacidad de resistencia de los materiales metálicos a las cargas de impacto (tenacidad de impacto) y determinar su tendencia a la destrucción frágil. Entre los ensayos de esta índoles los más conocidos y estandarizados son los de impacto a flexión con muestras ranuradas, donde el golpe es realizado por un péndulo o martillo, que posee en uno de sus extremos una masa calibrada. La energía requerida para producir la ruptura se determina por el recorrido del péndulo después de impactar la pieza. [5]

Los métodos para medir la resistencia al impacto empleando martillos calibrados, son conocidos bajo los nombre de izod y charpy. En el método izod, la muestra se sostiene verticalmente como una viga cantiliver, y se rompe con una oscilación del péndulo que se deja caer desde una altura fija, golpeando la line central de la entalladura, una veces en la misma cara donde esta se encuentra y otra en la cara contraria. En el método charpy, la muestra se coloca como una viga horizontal simple y se golpea en el lado opuesto de la entalladura, con la línea de impacto en la mitad de la distancia entre los dos apoyos. [6]

El ensayo charpy es el que se aplica más extensamente en la industria, puesto que es más fácil preparar y manejar, los resultados se pueden obtener de manera rápida y económica[7]

2. OBJETIVOS.

2.1. Objetivo General.

Definir y establecer los ensayos mecánicos de, impacto y dureza como metodología experimental para la determinación de las propiedades de los materiales metálicos siguiendo la metodología  AST.

2.2. Objetivos Específicos.

• Reconocer las maquinas necesarias para el ensayo de impacto y de dureza.
• Determinar las herramientas necesarias para el ensayo; vernier, probetas y laminas de diferentes materiales.
• Medir la dureza de los distintos materiales; Al, Cu, Acero, empleando el método Rockwell.
• Comparar resultados y analizar la variación de dureza.
• Calcular la resistencia al impacto para cada probeta.
• Comparar resultados, diferencias en las fractura de las probetas
• Definir las causas de los diferencias entre las fracturas.

3. LISTA DE MATERIALES Y EQUIPOS.

3.1. Materiales.

• Vernier
• Probetas ASTM E-23
• Péndulo de charpy
• Mesa de trabajo
• Durómetro Rockwell
• Probeta de aluminio, cobre y acero 102

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

4.1 Dureza Rockwell.

• Se seleccionan probetas que tengan caras planas y paralelas entre sí, con un acabado superficial fino, para evitar que las irregularidades de la superficie afecten la lectura.
• En el manual del durómetro Rockwell se observa la precarga, con la que trabaja, esta debe aplicarse antes de iniciar el ensayo.
• En el durómetro Rockwell seleccionar la escala Rockwell y el penetrador para esa escala que se recomienda para el material, ejemplo Rockwell B Aceros de bajo carbono.
• Colocar la probeta en el durómetro.
• Ajustar hasta aplicar la precarga con la que funciona, el durómetro Rockwell.
• Iniciar el ensayo.
• Esperar hasta que el durómetro marque ok, allí se toma la lectura que indique.
• Repetir el procedimiento, con las demás probetas de los otros materiales.

4.2 Impacto Charpy

• Seleccionar las probetas de ensayo charpy (ASTM E-23).
• Con el vernier medir las dimensiones de las probetas, para verificar si existen variaciones de las dimensiones respecto a lo que indica la norma, producto del mecanizado.
• En el péndulo charpy se realiza un ensayo al vacio, para verificar que la maquina este bien calibrada y desprecie la energía absorbida por el roce con el aire.
• Se coloca la probeta en el péndulo charpy, se debe verificar que esta quede bien centrada, de tal modo que el péndulo la golpee justo por detrás de la entalladura de la probeta
• Se suelta el péndulo para que inicie el ensayo.
• Se recoge la probeta ya impactada, y se toma lectura de la energía absorbida por la probeta, y del ángulo que esta desplazo.
• Se repite el procedimiento con la otra probeta.

5. RESULTADOS OBTENIDOS.

5.1. Ensayo Dureza Rockwell.

5.1.1.  Realizar todos los pasos necesarios para el ensayo de Dureza.

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