Ensayo Dureza Rockwell

INTRODUCCIÓN:

El ensayo de dureza forma parte de los ensayos conocidos como END ( Ensayos no Destructivos ). Existen diferentes tipos de dureza, tales como, Rockwell, Brinell, Vickers, etc.

Es un método para determinar la resistencia de un material a ser rayado ó penetrado por otro, tomado como elemento de comparación.

El ensayo de dureza Rockwell consiste en colocar un material de superficie plana y bien limpia de impurezas, para poder observar con claridad la impresión. Se coloca la probeta en la máquina y se procede a aplicar una precarga de 10Kg, para eliminar la deformación elástica. Luego se presiona el disparador de la máquina de ensayo y comienza a aplicar carga que varía de 60 a 150Kg a compresión. A cabo de un tiempo la carga aplicada disminuye a cero y se observa en el dial el valor de dureza correspondiente.

El espesor de la probeta tiene que ser como mínimo diez veces la profundidad de la impresión, para no cometer errores muy grandes.

El penetrador en un ensayo de dureza es generalmente una esfera, pirámide o cono hecho de un material mucho más duro del que se ensaya, como por ejemplo acero endurecido, diamante.

Por su carácter no destructivo, éste ensayo, se emplea frecuentemente para control de calidad en producción.

Universidad de la Marina Mercante Página 1

OBJETIVOS

a. Conocer y manejar la maquina universal para el ensayo de dureza.b. Conocer el procedimiento adecuado para la realización de un ensayo de dureza

que arroje resultados validos.c. Comprender para que sirve éste ensayo de dureza Rockwell, y la diferencia que

existe con otros ensayos (Brinell, Vickers, etc.)d. Poder aplicar los conocimientos teóricos adquiridos, en casos de laboratorio y

de la industria.e. Elaborar un informe técnico, con los datos recogidos en el ensayo y elaborar las

conclusiones correspondientes.

ALCANCE

Llevar a cabo el ensayo de dureza Rockwell, en un ambiente determinado para tal fin, como lo es el laboratorio de ensayos industriales. Mediante un equipo preparado y calibrado para poder determinar la dureza Rockwell. Pudiendo determinar de esta manera, la dureza de tres tipos diferentes de acero, mediante el ensayo de dureza Rockwell “B” y Rockwell “C”.


DESARROLLO DEL ENSAYO

Se procederá a realizar el ensayo Rockwell con tres tipos de aceros.

Acero 1212, acero 1045, acero 4140.

Se coloca la probeta, previa limpieza de la misma, en la base de la máquina, y se gira el tornillo de éste apoyo hasta que la pieza toque el penetrador a bola ó diamante (previamente colocado en la máquina), elegido en función del material a ensayar; luego se continúa elevando la pieza; y la máquina comienza a ejercer una cierta presión sobre la probeta, mediante un muelle que lleva en su interior. Esta carga preliminar se lleva hasta los 10 Kg de presión, y es indicada por la aguja auxiliar, la más pequeña, del dial indicador. Esta precarga de 10 Kg se aplica para asegurar una buena sujeción de la pieza mediante un buen contacto del penetrador, y también para eliminar el período elástico de la pieza a ensayar.

Se gira el marco exterior del dial hasta que la aguja grande coincida con el cero de la escala negra cuando ensayamos Rockwell C (penetrador de diamante), y hasta el cero de la escala roja cuando ensayamos Rockwell B (penetrador a bola).

Las condiciones están dadas para que comience el ensayo. Se presiona el disparador de la máquina y automáticamente comienza a aumentar gradualmente la presión principal y el diamante o bola penetra el material. Vemos entonces el desplazamiento de la aguja sobre el dial hasta un máximo, que luego de unos segundos cuando la máquina deje de ejercer la carga principal y quede actuando solo la carga preliminar de 10 Kg, se moverá hacia atrás y quedara marcando un número que es la dureza Rockwell. Al quitar la carga principal, el penetrador sube (debido a la elasticidad del material) y es por eso que la aguja retrocede.

Se ensayará cada pieza cuatro veces y se calculará el promedio, para determinar el valor de dureza a adoptar en cada una de las piezas.


RESULTADOS OBTENIDOS:

LABORATORIO: Ensayos industriales

OPERADOR: ING. PABLO M. BERGOTTO

FECHA: 14/10/10

MATERIAL: Acero 1045/ Acero 1212/ Acero 4140

PENETRADOR: Punta de bolilla - Punta de diamante

CARGA: 15OKg.

Valores obtenidos en la escala de dureza Rockwell B, Punta de bolilla.

Tipo de acero HRB HRB HRB HRB Promedio

Acero 1212 95,5 95,0 94,5 95,5 95

Acero 1045 90,5 90,0 90,5 91,0 90,5

Acero 4140 93,5 93,0 94,0 93,0 93,4

Valores obtenidos en la escala de dureza Rockwell C, Punta de diamante.

Tipo de acero HRC HRC HRC HRC Promedio

Acero 1212 72,0 72,0 72,0 72,0 72,0

Acero 1045 61,0 60,0 61,5 60,0 60,6

Acero 4140 63,0 63,0 64,0 63,0 63,25

RESPUESTAS A PREGUNTAS OBLIGATORIAS:


1- EN QUE CONSISTE EL ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL :

El ensayo de dureza Rockwell consiste en la aplicación de una carga preliminar de 10Kg mas una carga principal de 140 Kg, mediante un penetrador de bola o de diamante.

La carga preliminar tiene por objeto inmovilizar la pieza y mantener un perfecto contacto con el penetrador.

El incremento de penetración será menor cuanto mayor sea la dureza, lo que hace necesario invertir la escala sobre la que se mide “e”, correspondiendo entonces mayor número Rockwell a mayor dureza,dado por la siguiente expresión :

HR = E – e

Donde “HR” es dureza Rockwell.

“E” es la escala total del dial indicador.

“e” es la diferencia entre la profundidad de la huella permanente cuando actúan 150Kg y la penetración debida a la carga de 10Kg. Se puede apreciar bien en la siguiente figura.

Para que el número Rockwell sea correcto, es necesario tener en cuenta ciertas condiciones.

La superficie del material a ensayar tiene que estar lisa, seca y exenta de grasa. El espesor de la probeta no podrá ser menor de diez veces el incremento de

penetración. Cuando se ensayan piezas cilíndricas, su radio no debe ser menor de 5mm.

La lectura se hace directamente en un micrómetro que lleva fijo el aparato, correspondiendo la escala graduada con números negros (escala exterior), a la dureza Rockwell –C ensayada con diamante y la de números rojos (escala interior) a la dureza Rockwell-B, efectuado con la bola.


Ensayando una de las piezas

Micrómetro de lectura de dureza

Nomenclatura

Las durezas Rockwell y Rockwell Superficial vienen dadas por la siguiente fórmula:

Dónde:

n es la carga aplicada en Kg. HR es el identificativo del ensayo Rockwell Letra va seguida de HR y es la letra identificativa de la escala usada

Existen diferentes escalas de dureza Rockwell y para cada escala corresponde distintos tipos de penetradores. Varía según la aplicación de cada metal a ensayar.


2- Ensayo de dureza rockwell:


La medida de la dureza, Rockwell, sirve entonces para tener idea aproximada o comparativa de la resistencia del material a la tracción, para conocer su resistencia a la penetración o al desgaste.

El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más 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 utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas

Puede servirnos de guía también cuando nos interesa conocer la posibilidad de mecanización del material. Sirve para materiales blandos como así también para materiales duros. Pueden ensayarse piezas redondas, planas, etc. Se adapta, por sus apoyos, al ensayo de piezas de diversas formas.

Se puede observar en la tabla número 3 los distintos tipos de dureza y el valor correspondiente de Resistencia a la tracción.

3-Cuales son las variantes:

Además de la resistencia a la penetración, otros métodos de medición de la dureza pueden basarse en el raspado de la superficie o en la medición del rebote elástico de una pelota dura.

Existe una variante al ensayo que llevamos a cabo en el laboratorio, que es llamado “Rockwell Superficial”.

La dureza superficial puede utilizarse con cono de diamante en piezas extremadamente delgadas (hojas de afeitar) o bien sobre aquellas que han sufrido endurecimientos superficiales (capas de aceros nitrurados). Empleando las bolillas de acero se puede también ensayar aceros blandos, bronces, etc.

Existen diferentes escalas de dureza Rockwell Superficial y para cada escala corresponde distintos tipos de penetradores. Varía según la aplicación de cada metal a ensayar. Se puede ver en la tabla número 2.

4-Número de dureza Brinell:


Este ensayo se utiliza en materiales de durezas bajas. Utiliza penetradores en forma de bolas de diferentes diámetros; estos pueden ser de acero templado o de carburo de tungsteno. Utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos, las cuales se pueden normalizar de acuerdo con la siguiente fórmula: p = kd²

Donde:

p: carga a utilizar. k: representa una constante que vale 5, 10 o 30 dependiendo del material que este siendo ensayado. d: diámetro del identador que se va a utilizar en la prueba.

Aunque existen algunas maquinas de ensayo de brinell que dan una lectura directa, normalmente, para determinar el número de dureza, se utiliza la siguiente fórmula:

donde :

p: carga utilizada. d: representa el diámetro del indentador. d: representa el diámetro de la huella. La carga se aplica durante 30 segundos y luego se retira. Inmediatamente se lee en milímetros el diámetro de la impresión. Es válido anotar que las cargas más livianas corresponden a materiales no ferrosos y puros, tales como cobre y aluminio; las cargas más pesadas se utilizaran para el hierro, acero y aleaciones duras.

Ensayo vickers:

Llamado el ensayo universal. Sus cargas van de 5 a 125 kilogramos (de cinco en cinco). Su penetrador es pirámide de diamante con un ángulo base de 136º. Se emplea vickers para laminas tan delgadas como 0.006 pulgadas y no se lee directamente en la maquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente fórmula:

hv= 1.854*p / d2

Este ensayo constituye una mejora al ensayo de Brinell. se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más livianas que las utilizadas en el ensayo Brinell. se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la formula antes mencionada.


hbn= 2p /p d ( d-(d² -d²)½)

Diferencias entre los ensayos de dureza Rockwell, Brinell y Vickers.

El procedimiento Brinell no exige una preparación tan cuidadosa de la superficie como el Rockwell y Vickers. Este último necesita, en cambio, que la superficie esté casi rectificada.

Los procedimientos Rockwell y Vickers permiten determinar la dureza de piezas terminadas sin estropearlas, ya que dejan huellas mucho más pequeñas que el procedimento Brinell.

La lectura del diámetro (Brinell) o de las diagonales (Vickers) dan más exactitud que la profundidad (Rockwell) ya que por ejemplo, en el caso Vickers, la diagonal es siete veces mayor que la profundidad.

5- las normas utilizadas para la implementación de estos ensayos son las siguientes:

IRAM ASTM


TABLA NO 1: Escalas de dureza Rockwell, tipos de penetradores y aplicaciones.

Símbolo de la escala

PenetradorCarga

mayor (kg)Aplicaciones

A Diamante 60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

BBola de 1/16

pulgada100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.

D Diamante 100 Aceros cementados.

EBola de 1/8

pulgada100 Metales blandos y antifricción.

FBola de 1/16

pulgada60 Bronce recocido.

GBola de 1/16

pulgada150 Bronce fosforoso y otros materiales.

HBola de 1/8

pulgada60

Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

KBola de 1/8

pulgada150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.


TABLA NO 2: Escalas de dureza Rockwell Superficial, tipos de penetradores y aplicaciones.

Símbolo de la escala

PenetradorCarga

mayor (kg)Aplicaciones

15N Diamante 15Aceros nitrurados, cementados y

herramientas de gran dureza.

30N Diamante 30 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

45N Diamante 45 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

15TBola de 1/16

pulgada15 Bronce, latón y aceros blandos

30TBola de 1/16


45TBola de 1/16


15WBola de 1/8


30WBola de 1/8


45WBola de 1/8



TABLA NO 3: Tabla de comparación de Resistencia, Dureza Brinell, Rockwell, Vickers.

Dureza BnnellP:3.000 kg

bola de aceroØ 10 mm

Resis-tencia a la

tracción

kg/mm²

DUREZA ROCWELLDUREZA SUPERFICIAL

ROCKWELLHRC HRB HRA HRD

Diámetro de la huella mm

Dureza

HB 30

Escala C

P:150 kgCono de diamant

e

Escala B

P:100 kg

Bola de

acero Ø

1/16*

Escala A


e

Escala D


e

Esc. 15-N


e

Esc. 30-N


e

Esc. 45-N


e

(2,30)(2,32)(2,35)(2,37)(2,40)(2,43)(2,45)(2,48)(2,51)(2,54)(2,57)(2,60)(2,63)(2,66)(2,69)(2,72)(2,75)(2,78)(2,81)2,852,882,912,953,003,053,103,153,203,253,303,353,403,453,503,553,603,653,703,753,803,853,903,954,004,054,104,154,204,254,304,354,404,454,504,554,604,654,704,754,804,854,904,955,005,05

(712)(697)(682)(668)(653)(639)(324)(610)(595)(581)(568)(555)(542)(529)(517)(506)(495)(484)473462451440429415401388376363353341331321311302294285277269262255248241235229223217212207201197192187183179174170167163159156152149146143140

----

(235)(230)(225)(220)(215)(209)(204)(199)(194)(189)(184)(180)(175)(171)166162158154149144139134129125121117114110107104101989592898785838179777573716968666462616058575654535251505049

676665646362616059585756555453525150494847464543414039373635343331302928272625242321201918

(17)(16)(15)(14)(13)(12)

--------------

---------------------------

110-

109-

108-

107-

105-

104103102

-101

-100999897969594939291908988878685848382817978

8584,384

83,582,882,381,881,280,780,179,679,078,578,077,476,876,375,975,274,774,173,973,172,070,970,469,968,968,467,967,466,865,865,364,764,363,863,362,862,462,061,060,5

----------------------

76,175,274,573,873,072,271,570,769,969,268,567,766,966,165,464,663,863,162,161,460,860,059,257,756,255,454,653,152,351,550,850,548,447,747,046,145,244,643,843,142,140,940,1

----------------------

92,992,592,291,891,491,190,790,289,889,388,988,387,987,486,986,485,985,585,084,583,983,583,082,080,980,479,978,878,377,777,276,075,675,074,573,973,372,872,271,671,069,969,4

----------------------

83,682,881,981,180,179,378,477,576,675,774,873,973,072,071,270,269,468,567,666,765,864,864,062,260,459,558,656,855,955,054,253,351,350,449,548,647,746,845,945,044,042,341,5

----------------------

74,273,372,071,069,968,867,766,665,564,363,262,060,959,858,657,456,155,053,852,551,450,349,046,744,343,141,939,638,437,236,134,932,531,330,128,927,826,725,524,323,120,719,6

----------------------


5,105,15

137134

4847

--

7776

--

--

--

--

--

Conclusiones:

La ventaja que tiene la máquina Rockwell consiste en que es de aplicación universal, pudiéndose emplear, tanto para materiales blandos como para duros.

Es una máquina de lectura directa, lo que evita el uso de microscopios o reglas, anulando errores de apresiación.

No hace falta el pulido de las probetas tan perfecto como el que exige el método Vickers. La operación es muy rápida, solo tarda algunos segundos.

La huella que queda después del ensayo es muy pequeña, por lo cual se pueden ensayar piezas ya terminadas.

Es una máquina que puede ser usada por personas sin preparación técnica alguna.


Referencias:

Tratamientos Térmicos de los aceros. Por José Apraiz Barreiro. Editorial Limusa

Ensayos Industriales. Por González- Palazón. Editorial Litenia

http://www.cadersa.es/Pag106.htm


Ensayo Dureza Rockwell

Documents

Transcript of Ensayo Dureza Rockwell