DUREZA DE LOS MATERIALES

DUREZA MINERALOGICA :La escala de dureza mineralógica es la resistencia que oponen los materiales a ser rayados por otros, fue la primera de las escalas de dureza establecida por F. Mohs en 1820.Fijó la siguiente escala arbitraria de minerales

1 Talco 6 Feldespato

2 Yeso 7 Cuarzo

3 Caliza 8 Topacio

4 Espato flúor

9 Zafiro o Corindón

5 Apatito 10 Diamante

Escogidos estos minerales los demás tendrán valores intermedios entre ellosPor ejemplo: Plomo : 1.5 , aluminio : 2, Cobre y plata : 2.5 , Hierro: 3.5 etc.

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ENSAYO DE MARTENS:

Martens fue el primero en desarrollar una maquina para medir dureza, se baso en el esclerómetro de Franz.

La dureza se determina en función de la oposición que un material ofrece a ser rayado por un diamante de forma piramidal con un ángulo en el vértice de 90º.El principio se basa en un brazo en el que en un extremo está el diamante y en el otro la carga, esta puede desplazarse a lo largo de una corredera .

La dureza Martens se expresa en gramos, que son los que deben actuar sobre el diamante para producir una raya sobre la probeta El ancho de la raya es de 0.01 mm .

Por ejemplo: Dureza Martens del Pb 16.l, Cu: 37, Acero de baja aleación 73, Acero duro 145

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ENSAYO DE MARTENS

ENSAYO DE DUREZA A LA LIMA

Es el procedimiento mas simple y mas extendido para apreciar la dureza de los metales.

En general se usa una lima de 8¨ x 1¨ x ¼¨ de espesor de rayado simple y de dureza de 60 HRc.

Para hacer el ensayo mas fácil lo mejor es compararlo con otro de dureza conocida.

Se da una serie de ¨golpes¨ de lima a la pieza a ensayar ,y se trata de determinar el ¨sonido” metálico que produce.

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DUREZA DE LOS MATERIALES

Ensayos de Penetración

La Dureza como resistencia a la penetración.

Resistencia que un material opone a ser penetrado por otro.

La forma del penetrador, esférico, piramidal o cónico, produce una modificación total en las zonas deformadas.

Para un mismo material depende fundamentalmente del ángulo de penetración

Los valores de dureza medidos en diferentes condiciones de ensayo o mediante diferentes métodos difieren entre si,al provocar cambios en el volumen del material plásticamente deformado. 4

DUREZA BRINELL: Consiste en comprimir una bolilla de acero muy duro sobre la superficie del material a ensayar, durante un tiempo t., produciendo una marca llamada impronta, que es un calco de la esfera que penetra.

La dureza Brinell se calcula con la formula : HB = P / S

S= π.D.h HB= P / π.D.h ( Kg. / mm²)

Y como S es la superficie de un casquete esfèrico la dureza Brinell se expresa:

2 P

π.D ( D - V D² - d² )HB =

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DUREZA BRINELL, improntas

DUREZA BRINELL:Relación entre dureza Brinell y resistencia a la tracción: σT = 0,346 HB

Ensayos comparables: Las durezas solo son comparables si surgen de iguales configuraciones, condiciòn que se cumple cuando se obtienen impresiones geometricamente semejantes, o sea cuando el àngulo α de abertura del casquete esferico resulte igual.

Sen α / 2 = d /D = constante ( Condiciòn de semejanza)

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DUREZA BRINELL: CONSTANTE DE ENSAYO

Para 2 ensayos tenemos : HB1 = HB2

Operando tenemos : P1 / D²1 = P2 / D²2 = constante =C

Para cada material hay una constante de ensayo que esta relacionada con el diàmetro de la bolilla

DUREZA BRINELLPENETRADORES: El penetrador Brinell standard es una bolilla de acero de Ø 10 mm y 850 HV de dureza y tolerancia de ± 0.005 mm.

Cuando con 3000Kg, la impresiòn sea de 2,5 mm o menos, la bolilla puede deformarse, por lo que no es vàlido el ensayo .La relaciòn aceptable es 0,25 D < d < 0.6 DSu valor òptimo d = 0,375 D

El espesor de la probeta debe ser de 8 a 10 veces la penetraciònLa relaciòn siguiente debe cumplirse:

DUREZA BRINELLTIEMPO DE APLICACIÓN DE LA CARGA: La dependencia de la dureza con la deformación plástica, hace que no dependa solamente del penetrador y de la carga sino también del factor tiempo, en especial aquellos materiales considerados blandos. Para los aceros se estableció un tiempo máximo de 15 segundos , y para aquellos metales muy blandos 30 seg. Como mínimo, llegando en algunos materiales hasta 3 minutos.

Las cargas deben cumplir la relación fundamental C = P / D²

Para indicar las características del ensayo se colocara como subíndice lo siguiente:

5 = Ø de la bolilla

HB 5/750/15 750 = carga aplicada

15 = tiempo de aplicación de la carga

DUREZA BRINELLEnsayo de Dureza El ensayo se realizará en una máquina de ensayos Rockwell, con una precarga de 10 Kg.Los valores de carga serán los siguientes para un diámetro determinado: Carga Carga Carga Ø 5 mm 125 Kg 62,5 kg. Ø 2,5 mm 187.5 Kg. 62,5Kg. 32,5 Kg.

El valor de la dureza Brinell se puede obtener mediante dos maneras:-Medir el diámetro de la impronta con una lupa graduada, luego el valore de dureza se obtiene por calculo matemático;-Otra manera de obtener el valor de dureza Brinell es tomando los valores de la escala negra y determinar el valor de la dureza por tablas;

Ambos métodos se aplicaran en la practica para evaluar resultados.Estudiar Guía de Trabajos Prácticos de Dureza Brinell.

DUREZA ROCKWELL; Se basa en la resistencia que opone un metal a ser penetrado por otro.El valor de la dureza se lee directamente En el cuadrante de la maquina .

Actúan 2 cargas: una preliminar de 10 Kg.La segunda, es la que produce la deforma-cion permanente y es de 50, 90 o 140 Kg.Hay 2 penetradores : uno es un cono de diamante de 120° y sirve para medir la dureza de los materiales duros.El otro es una bolilla de acero de Ø 1/16”,que sirve para medir la dureza de los materiales blandos.La lectura se hace sobre un micrometroque esta fijo en el aparato, tiene 2 escalasgraduadas una negra de 100 divisionespara medir los valores realizados con el diamante, materiales duros.Y una roja , con 130 divisiones para medir, cuando se usa bolilla,materiales blandos.

DUREZA ROCKWELL, escalas:

-Rockwell Normal: Considerando que la medición de la profundidad se registra en una escala de 100 divisiones,cada división mide 0,002 mm, verificamos que el máximo registro corresponderá a una profundidad de 0,2 mm.La escala negra para materiales duros tiene 100 divisiones, pero la escala roja para materiales blandos tiene 130 divisiones, pero como cada escala utiliza las mismas divisiones, la escala roja resulta corrida 30 divisiones.-Rockwell Superficial: Esta escala difiere de las anteriores y se presenta en el exterior del cuadrante en color verde, tiene 100 divisiones pero abarca exactamente la mitad que la escala negra

DUREZA ROCKWELL

DUREZA ROCKWELL, ESCALAS DE DUREZA

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

Pasos

1, 2, 3

Pasos

4,5,6,7

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

AB es la diferencia de H en las penetraciones cuando actúa la carga principal y cuando actúa la carga preliminar

AC expresada en micrones, es la diferencia entre las profundidades de la huella permanente cuando actúen los 150 kg y la penetración de la carga de 10 kg.

DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL

Se utiliza para medir espesores muy pequeños o capas resultantes de tratamientos superficiales por ejemplo, entre otros.

Utiliza una sola escala de 100 divisiones, siendo el valor de cada división de 0,001 mm, a fondo de escala tendremos 0,1 mm.

Los penetradores son los mismos que los utilizados para Rockwel Normal :-Cono de diamante de 120 grados y punta redondeada de 0,2 mm de radio; -Bolilla de acero de Ø 1/16”.

Se utiliza una precarga de 3 Kg. en todos los casos, La carga suplementaria es 12, 27, y 42 kg.Las escalas son RN con penetrador de diamante. (materiales duros) RT con penetrador bolilla de acero. (materiales blandos)

Se denominaran R 15N, R 30N, R 45N, ( 12 +3), ( 27+3), (42+3) R 15T, R 30T, R 45T.

-El mètodo de mediciòn es exactamente igual al de Rockwell Normal;-El tiempo de aplicacion de la carga es de 5 a 7 segundos.

DUREZA VICKERSLa determinación de la dureza Vickers es similar a la dureza Brinell, pues se mide la carga por la sección, el penetrador es una pirámide de base cuadrangular de 136° en el vértice.

HV = P / sup. Impresión

Sup= 4.l.ap/2Haciendo deducciones llegamos a

HV = 1,854P/d² ( Kg. / mm² )Se denomina “ Numero Vickers”

Las cargas pueden variar de 1 a 120 Kg.

Las maquinas normales tienen las siguientes cargas: 1; 2,5; 5; 10; 20; 30; 50; 100 y 120 Kg.El tiempo de aplicacion de la carga es de 10 a 15 seg

Los valores de dureza Vickers para aceros blandos es de 120 y 170 y para duros de 800 a1000

MICRODUREZA KNOOPLa microdureza Knoop, mide la tensión media entre el penetrador y el material.

El penetrador Knoop esta constituido por un diamante, que en este caso esta tallado formando un ángulo de 172°30’ en 2 de sus aristas y las otras 2 ,130°.

Se determina relacionando la carga aplicada con el area del romboide base de la impresiòn en la que no deberà tenerse en cuenta la recuperaciòn elàstica del material.Micro. Knoop= Carga/sup.base P/Sp ( Kg/mm²)

MICRODUREZA KNOOP

Numero de dureza Knoop= HK = P/Cp l² = 14229 P/l² (Kg./mm² )

La carga que se utiliza es de 300 gr.

La profundidad que se alcanza en los metales mas duros es de 30 a 40 micrones.

La probeta normalmente debe incluirse y pulirse como para una metalografia, deben seguirse todos los pasos, inclusive atacarla con los reactivos convenientes.

MICRODUREZA VICKERS

Los penetradores Vickers son los mismos que se usan en el Normal, o sea es una pirámide de base cuadrangular de diamante con un ángulo de 136° entre sus aristas.

La dureza se obtiene por el cociente entre la carga aplicada y la superficie de la impresion producida.

Microdureza Vickers : HmV + P/S ( Kg./ mm²)= 1854,36 P/d² (Kg./mm²)

La carga aplicada es de 300gr. Y se alcanza una profundidad de 3 a 4 micrones.

Tambien se aplican cargas de 100gr, cuando se requieren profundidades menores

DUREZA DE LOS MATERIALES

MICRODUREZA

Los aparatos que se utilizan se llaman microdurometros, contienen un microscopio y un dispositivo que tiene el diamante.La carga se dispara mediante un accionamiento a distancia o automáticamente.El ocular y el diamante están montados sobre un sistema revolver, la carga se aplica en el punto que se fijo con el ocular El ocular esta graduado de manera que se miden las diagonales con total exactitud.

Los valores de dureza se obtienen por calculo o por tablas.

MICRODUREZA

CONDICIONES DEL ENSAYO1- La superficie del material a ensayar debe estar preparada como una probeta metalografica, inclusive atacada, según los requerimientos.2- La carga del ensayo será función del espesor de la pieza y de la nitidez de la impresión y se aplicará durante 15 a 20 seg.3- El duròmetro debe estar libre de vibraciones4- El valor de la dureza resultará del promedio de por lo menos 5 mediciones lo suficientemente distanciadas como para evitar el endurecimiento por impresiones anteriores.