LABORATORIOS DE CIENCIA y TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

LABORATORIOS DE CIENCIA y TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERAEscuela Acadmico Profesional de Ingeniera CivilTEMA:DUREZA DE LOS MATERIALES

CURSO: LABORATORIO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA DE LOS MATERIALESDOCENTE: Ing. ALCANTARA AVILA, Victor

GRUPO:2ALUMNOS:Martnez Cruz, Juan NoeMiano Zavaleta, Victor HugoMoreno Alipio, Jossy FiorellaSnchez Huatay, Nick DarwinYovera Paredes, ArmandoTURNO:Mircoles: 9:00 11:00 a.m.

Trujillo Per2013ENSAYO DE DUREZA DE LOS MATERIALES

I. RESUMENEn este informe se trat todo acerca de la dureza, definiendo como dureza a la oposicin de los materiales especialmente a hacer rayados, penetrados o deformados. Tambin como a la energa absorbida por un material antes de romperse.La dureza es una magnitud que se mide con un instrumento llamado durmetro que existen varios tipos de escalas que son las siguientes: Dureza Brinell usando como punta bola que se aplica a materiales duros, Dureza Knoop midiendo en escalas usando una pirmide de diamante, Dureza de Rockwell utiliza un cono de diamante y se utiliza para todo tipo de materiales, Rockwell superficial es utilizado para piezas muy sencillas, Dureza Rosiwal, Dureza Shore se deja caer un indentador y se analiza su revote sea a mayor revote mayor dureza, Dureza Vickers utiliza una pirmide cuadrangular y es mucho mejor que Brinell, Dureza Webster es usado en materiales poco manejables utilizando maquinas especiales.Hablando ahora sobre sus ensayos tenemos al ensayo de Dureza de Vickers utilizando como penetrador a una pirmide de diamante de 136 y se emplea en materiales de hasta 0.15 mm, para determinar su dureza se emplea la formula especificada en el marco terico usando dimetros como fuerza y una constante; en el Ensayo de Dureza de Brinell utiliza como penetrador a una bola de acero con un dimetro de 10 mm utilizado en lminas muy delgadas y para calcular su dureza del material se utiliza tambin otra frmula explicada anteriormente que relaciona el dimetro de la bola como el dimetro de la ralladura y la fuerza aplicada; el Ensayo de Dureza de Knoop es utilizado especialmente en materiales muy quebradizos o lminas finas siendo una microdureza por su pequeo tamao utilizando microscopios y para calcular su dureza se aplica otra frmula que relaciona la longitud de la hendidura con la carga y una constante de 0.0702.

II. OBJETIVOS

Aprender el cmo utilizar la mquina de dureza. Identificar y diferenciar los diversos ensayos de dureza. Obtener el valor de la dureza Vickers de una cermica, vidrio simple, vidrio templado y un porcelanato.

III. MARCO TEORICO

DurezaLa dureza es la oposicin que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetracin, la abrasin, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. Tambin puede definirse como la cantidad de energa que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho ms difcil de rayar.Para la medicin de dureza se utiliza un instrumento denominado durmetro. Que dependiendo de la punta empleada y rango de cargas aplicadas, existen distintos tipos de escalas para distintos rangos de dureza.

Durmetro

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a traccin.

Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de seales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estndar.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeo tamao de la huella.

Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasin medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindn con un valor de 1000.

Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un mtodo elstico, no de penetracin como los otros.

Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.

Dureza Webster: Emplea mquinas manuales en la medicin, siendo apto para piezas de difcil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

Figura 1. Escalas de durezaFuente: ingeniera.net

Ensayos de Dureza:

Ensayo de dureza Vickers

Ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un mtodo para medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirmide de diamante con un ngulo base de 136.Se emplea para lminas delgadas hasta 0,15 mm (0.006 milsimas de pulgada.) y no se lee directamente en la mquina. Para determinar el nmero de dureza se aplica la siguiente frmula:

Figura 2. Punta de durmetro para ensayo VickersFuente: Wikipedia.org

Figura 3. Marca en acero endurecido por cementacin de dureza VickersFuente: Wikipedia.org

Ensayo de Dureza Brinell

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes dimetros. Para los materiales ms duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo tpico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milmetros de dimetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el dimetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparacin de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamao de su huella se convierte en una ventaja para la medicin de materiales heterogneos, como la fundicin, siendo el mtodo recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuacin:

Dnde:: carga a utilizar medida enkp.: Dimetro de la bola (indentador) medida en [mm].: Dimetro de la huella en superficie en [mm] (se toma como la media ded1yd2).

Figura 4. Esquema ensayo BrinellFuente: Wiipedia.org

Ensayo de dureza Knoop

El test de dureza de Knoop (pronunciado ku-np) es una prueba de microdureza, un examen realizado para determinar la dureza mecnica especialmente de materiales muy quebradizos o lminas finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeas para realizar la prueba.El test consiste en presionar en un punto con un diamante piramidal sobre la superficie pulida del material a probar con una fuerza conocida, para un tiempo de empuje determinado, y la hendidura resultante se mide usando unmicroscopio.La geometra de esta marca es una pirmide ancha con una relacin entre la anchura y la altura media de 7:1 y con los ngulos de las caras respectivas de 172 grados para el el borde largo y 130 grados para el borde corto. La profundidad de la incisin puede ser aproximadamente de 1/30 de la longitud.2 La dureza de Knoop, HK o KHN, se obtiene con la siguiente frmula:

Donde:L= longitud de la hendidura en su eje largoCp= factor de correccin relativo a la forma de la hendidura, idealmente 0.070279P= carga

Ensayo de Dureza Rockwell

La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un mtodo para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el mtodo ms usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilizacin de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prcticamente cualquier metal o aleacin. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esfricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, y pulg, y un penetrador cnico de diamante con un ngulo de 120 +/- 30' y vrtice redondeado formando un casquete esfrico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales ms duros.El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la mquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, bsicamente para eliminar la deformacin elstica y obtener un resultado mucho ms preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que vara desde 60 a 150 kgf a compresin. Se desaplica la carga y mediante un durmetroRockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual vara de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. Tambin se puede encontrar la profundidad de la penetracin con los valores obtenidos del durmetro si se conoce el material.Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestin debe ser al menos diez veces la profundidad de la huella. Tambin decir que los valores por debajo de 20 y por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debera hacerse un cambio de escala.

Figura 5. Muestra del funcionamiento del ensayo Rockwell. El penetrador precarga, luego carga, y luego descarga; la relacin entre la precarga ms la carga y la descarga indica la dureza del material.Fuente: Wikipedia.org

PorcelanatoEl porcelanato es un material que se utiliza para el revestimiento de suelos y paredes. Este producto de tipo cermico es fabricado a partir de una combinacin de cuarzos, arcillas y otros materiales, que se moldean, se prensan, se someten a un proceso de secado y se tratan a una temperatura de ms de 1.300 grados centgrados.El resultado es una pieza compacta y vitrificada, que tiene una gran resistencia al desgaste y que absorbe una cantidad muy baja de agua. De este modo, el porcelanato ofrece beneficios que no pueden encontrarse en la cermica tradicional.

Figura 6. PorcelanatoFuente: Definicion.de

VidrioEl vidrio es un material de gran dureza pero que, a la vez, resulta muy frgil. Es inorgnico, carece de estructura cristalina y suele permitir el paso de la luz. Para obtener vidrio, es necesario fusionar caliza, arena silcea y carbonato de sodio y moldear la mezcla a elevada temperatura.Las lminas de vidrio se utilizan para la fabricacin de ventanas, puertas, botellas y otros productos. Es importante diferenciar entre el vidrio y el cristal, ya que el vidrio puede definirse como un slido amorfo.

Figura 7. Vidrio SimpleFuente: Definicion.de

IV. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMUNETOS

MATERIALES

3 probetas con dimensiones 3 x 3 cm y 5 mm de espesor aproximadamente: vidrio simple, vidrio laminado y porcelanato

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Mquina de dureza, marca INDENTEC con indentador pirmide de diamante, con ngulo base de 136

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Seleccionamos una carga a emplear en el equipo DURMETRO VICKERS (es conveniente utilizar la carga ms baja posible). Colocar adecuadamente la muestra a ensayar sobre la plataforma del equipo.

Subir la muestra girando hacia la izquierda suavemente hasta sentir oposicin, para bajar la muestra se har girando en sentido derecha.

Enfocar la muestra mediante el uso del micrmetro del microscopio del durmetro e identificar la zona y elegir el punto de identificacin.

Tomar la medida de las dimensiones de la huella del Indentador Vickers (carga de 3 kg-f).

Medir y registrar las diagonales de la huella con ayuda del ocular micromtrico, es decir: medir A1 y A2 que corresponde a las diagonales producidas y sacar el promedio para obtener A.

Medir y registrar la longitud de fisuras resultantes causadas por el indentador, es decir C1 y C2 que corresponden a las dos direcciones de las fisuras y sacar el promedio para obtener C.

Registrar HV y calcular KIC aplicando las formulas correspondientes.

Al finalizar las medidas desbastar la superficie de la probeta, utilizando papel abrasivos 400 marcando y manteniendo el sentido de la devastacin constante.

Repetir la medicin de dureza y de la resiliencia a la fractura despus del desbasto.

VI. RESULTADOS

a) TABLA DE DATOS

MUESTRASD1 (mm)D2 (mm)Dpromedio (mm)F (Kgf)HVexp.HVteorico

Vidrio Simple0,15040,10840.12943332,2332.2

Vidrio Laminado0,12650,12640,12643347,6348,1

Porcelanato0,18520,18660,18593

160,9160,9

b) Realizar una grfica material vs Dureza HV

DISCUSIN DE RESULTADOS De estas 3 muestras, el vidrio laminado es el ms duro con 347,6 Vickers. De estas 3 muestras, la porcelana es el menos duro con 160,9 Vickers. Por poner entre dos vidrios simples un polmero (vidrio laminado), este gana ms dureza.

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El uso del durmetro es algo sencillo y prctico, cabe resaltar que los resultados mostrados por sta mquina no son exactos. Se conocen los ensayos de: Brinell, microdureza Vickers, microdureza Knoop y Rockwell superficial. Siendo los ms aplicados el de Vickers y el de Rockwell, ambos utilizando el diamante como penetrador. Los resultados que marcan estos tipos de ensayos, son determinados de acuerdo a las diagonales medidas en la marca dejada en el material estudiado ocasionada por el penetrador. RECOMENDACIONES Es necesario que los elementos que se someten a estos ensayos deban tener cierta total uniformidad para que de esa forma se puedan obtener resultados factibles. Verificar si el durmetro esta calibrado antes de realizar la prueba.

VIII. BIBLIOGRAFIA

http://en.wikipedia.org/wiki/Durezahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vidriohttp://www.monografias.com/trabajos11/vidrio/vidrio.shtmlhttp://www.cassinelli.com/productos/categorias/Default.aspx?id=61http://definicion.de/porcelanato/http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Rockwellhttp://definicion.de/vidrio/

IX. ANEXOEL CARBURO DE TUNGSTENOEl carburo de tungsteno es un compuesto cermico formado por tungsteno y carbono. Pertenece al grupo de los carburos con composicin qumica de W3C hasta W6C. Se utiliza, sobre todo y debido a su elevada dureza, en la fabricacin de maquinarias y utensilios pensados para trabajar el acero.De esta caracterstica tambin recibe su otro nombre -Widia- como abreviacin del alemn "Wie Diamant" ("como el diamante"). Debido a su elevada dureza y escasa ductilidad se elaboran piezas de este material en forma de polvo aadiendo el 6 - 10 % de cobalto.Los granos del carburo de tungsteno empleados en el proceso suelen tener dimetros de aproximadamente 0,5 - 1 micrmetros. El polvo se prensa y las piezas obtenidas se calientan bajo presin de 10000 - 20000 bares hasta aproximadamente 1.600 C, algo por debajo del punto de fusin del carburo.En estas condiciones la masa se compacta por sinterizacin, actuando el cobalto como pegamento entre los granos del carburo. El acabado final de las piezas slo se puede dar con mtodos abrasivos.Tambin es posible trabajarlo con mquinas de electroerosin de hilo o penetracin. El tipo de material formado de esta manera se conoce como cermets, de las siglas inglesas "ceramic metal".AplicacionesEl carburo de tungsteno se emplea, sobre todo, en la elaboracin de utensilios de corte para trabajar metales o el acero. Tambin se construyen algunas piezas que requieren elevada resistencia trmica o mecnica, como cojinetes de ejes, etc.Frente a los metales duros tiene la ventaja de mantener su dureza incluso a elevadas temperaturas.En los ltimos aos tambin se han elaborado materiales parecidos a base de nitruro de titanio o carburo de titanio que, incluso, pueden tener una resistencia trmica ms elevada.Pgina 1