“AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ

FACULTAD DE FIMAAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

ELECTROMECÁNICA

LABORATORIO N°7

RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO

DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL

CURSO: CIENCIA DE LOS MATERIALES I

ALUMNO: PRUDENCIO MENDOZA, PABLO

PROFESOR: RETAMOSO ROJAS, MANUEL

CICLO: TERCERO AULA: S0007

MAYO – 2013

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

ÍNDICE Páginas

1. OBJETIVOS................................................... 3

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.......................................... 3

2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS DURÓMETROS............................5

2.2. FUNCIONAMIENTO DEL DURÓMETRO...............................6

2.3. DUREZA.....................................................7

2.3.1. ESCALAS DE USO INDUSTRIAL................................7

2.4. NANOINDENTACIÓN............................................9

2.5. ESCALA USADAS EN MINERALOGÍA..............................10

2.6. EQUIVALENCIA ENTRE ESCALAS DE DUREZA......................11

2.7. DUREZA ROCKWELL...........................................12

2.7.1. FUNDAMENTO..............................................12

2.7.2. DEFINICIONES............................................12

2.7.3. MAQUINA Y EQUIPO........................................12

2.7.4. PENETRADORES............................................12

2.7.4.1. PENETRADOR DE DIAMANTE................................12

2.7.4.2. PENETRADOR ESFERICO DE ACERO..........................13

2.7.5. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE............................14

3. PROCEDIMIENTO.............................................. 15

4. CONCLUSIONES............................................... 18

5. OBSERVACIONES.............................................. 18

6. RECOMENDACIONES............................................ 18

7. REFERENCIAS................................................ 18

20/09/2012 Página 2

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL

1. OBJETIVOS:

Reconocimiento del durómetro y sus partes.

Entender la importancia de su uso en los laboratorios y

departamentos de control de calidad y estudio de metales.

Determinar dureza de Rockwell en seis piezas de diferente

material usando en forma correcta los dos tipos de penetradores,

seleccionando y aplicando correctamente las cargas de ensayo y

las escalas de lectura.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

DURÓMETRO:

Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales,

existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.

Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y

Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento

penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el

material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella,

obtendremos la dureza.

Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones

de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a

ensayar.

Funcionamiento del durómetro

Para la medición de la dureza de materiales el durómetro funciona de la

siguiente manera:

20/09/2012 Página 3

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

Una vez que se selecciona el material del cual se quiere conocer la

dureza se normaliza la fuerza que se le ha de aplicar a través de un

elemento penetrador, que también debe estar normalizado.

Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella que se obtenga de

esta aplicación de fuerza es como sabremos el grado de dureza del

material.

Así se puede conocer la resistencia al corte de la superficie que tiene

el material analizado y se utilizan diferentes tipos de durómetros,

entre los que encontramos los que se explicaron más arriba.

Usos y aplicaciones del durómetro

El uso más común del durómetro en la industria farmacéutica es la

medición de la resistencia y dureza de pastillas y cápsulas para

verificar que puedan resistir el proceso de producción, empaque,

distribución y venta, también para asegurarse de que la dureza del

20/09/2012 Página 4

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

medicamento permita su desintegración dentro del cuerpo o que sea fácil

de masticar.

En industrias como la de la construcción y la del metal se trata de

medir la dureza y resistencia de los materiales con los que se ha de

construir para garantizar que cumplen con determinados estándares de

seguridad y calidad.

CLASIFICACIÓN DE LOS DURÓMETROS:

La dureza de los materiales tiene distintas clasificaciones y para cada

una de estas existe un durómetro. Los más comunes se enlistan a

continuación:

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

Este ensayo consiste en utilizar un indentador esférico el cual realiza

una precarga la cual genera el valor de partida para la medición, luego

en una segunda carga que está entre 60Kg y 140Kg, generando una

precarga, una carca y una descarga; esta relación indica la dureza del

material, el cual se da midiendo la profundidad de penetración y

realizando la medición según el durómetro y la escala de medición.

 

ENSAYO DE DUREZA BRINELL

Este ensayo se realiza para materiales blando y consiste en presionar

un indentador que tiene una bola de acero templado o de carburo la cual

lleva una carga que está entre 500Kg a 3000Kg dependiendo de lo dura

que sea el material. El diámetro de la huella dejada por la esfera del

indentador  tiene relación inversa con la dureza del material (a mayor

diámetro de la huella es menor la dureza y a mayor diámetro de la

huella la dureza es mayor).

 

20/09/2012 Página 5

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

ENSAYO DE DUREZA VICKERS

Para este tipo de ensayo se emplea un indentador de diamante de forma

piramidal con un ángulo base de 136º y está basado en el principio de

calcular el valor de dureza según la fuerza de aplicación sobre la

superficie del material; la huella que queda después de realizar la

carga es de forma cuadrada, de la cual se miden sus diagonales a través

de un microscopio, estos datos se promedian y así a través de una

formula se da el resultado.

FUNCIONAMIENTO DEL DURÓMETRO

Para la medición de la dureza de materiales el durómetro funciona de la

siguiente manera:

Una vez que se selecciona el material del cual se quiere conocer la

dureza se normaliza la fuerza que se le ha de aplicar a través de un

elemento penetrador, que también debe estar normalizado.

Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella que se obtenga de

esta aplicación de fuerza es como sabremos el grado de dureza del

material.

Así se puede conocer la resistencia al corte de la superficie que tiene

el material analizado y se utilizan diferentes tipos de durómetros,

entre los que encontramos los que se explicaron más arriba.

20/09/2012 Página 6

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

DUREZA

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones

como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las

deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la

cantidad de energía 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 más difícil de rayar.

ESCALAS DE USO INDUSTRIAL:

En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo

de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de

cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos

rangos de dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la

correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo

un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción,

por lo que su uso está muy extendido.

Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación

de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima

de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los

talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

Dureza Brinell : Emplea como punta una bola de acero templado o

carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de

aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima

resistencia a tracción.

20/09/2012 Página 7

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

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.

Dureza Rockwell : Se utiliza como punta un cono de diamante (en

algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza

se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de

materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el

pequeño tamaño de la huella.

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.

Dureza Rosiwal : Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa

como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y

tomando como base el corindón 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 método elástico, no de

penetración como los otros.

Dureza Vickers : Emplea como penetrador un diamante con forma de

pirámide 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 máquinas manuales en la medición, siendo

apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos.

El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

20/09/2012 Página 8

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

ENSAYO ROCKWELL SUPERFICIAL

Es una variante del Ensayo Rockwell cuyo fin es únicamente analizar la

superficie de los materiales. Por ejemplo, para analizar la superficie

de un acero que ha sido tratado por carburación y medir así su dureza.

Su técnica es básicamente reducir el esfuerzo aplicado para sólo

penetrar en la superficie. Para este ensayo se utiliza una precarga

menor de 3 kg, seguida de una carga mayor de 15, 30 o 45 kg. Estas

escalas se identifican mediante número (15, 30 o 45) y una letra (N, T,

W o Y) en función del penetrador.

Escalas de dureza Rockwell

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 pulgada

100 Aceros recocidos y normalizados.

C Diamante 150 Aceros tratados térmicamente.

D Diamante 100 Aceros cementados.

EBola de 1/8 pulgada

100 Metales blandos y antifricción.

FBola de 1/16 pulgada

60 Bronce recocido.

GBola de 1/16 pulgada

150 Bronce fosforoso y otros materiales.

HBola de 1/8 pulgada

60Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

K Bola de 1/8 pul. 150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.

20/09/2012 Página 9

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

Escalas de dureza Rockwell Superficial

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 pulgada

15 Bronce, latón y aceros blandos

30TBola de 1/16 pulgada

30 Bronce, latón y aceros blandos

45TBola de 1/16 pulgada

45 Bronce, latón y aceros blandos

15WBola de 1/8 pulgada

15 Bronce, latón y aceros blandos

30WBola de 1/8 pulgada

30 Bronce, latón y aceros blandos

45WBola de 1/8 pulgada

45 Bronce, latón y aceros blandos

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

Un ejemplo para un material que se le ha aplicado un esfuerzo de 60 kg y se ha usado la escala B sería

O para un material superficial que se le ha aplicado un esfuerzo de 30 kg con bola de 1/8 pulgadas

20/09/2012 Página 10

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

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.

20/09/2012 Página 11

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

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.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE.

La preparación del material bajo prueba debe controlarse cuidadosamente

para evitar cualquier alteración en su dureza, tal como la que puede

ser causada por calentamiento durante el esmerilado o por

endurecimiento durante operaciones de maquinado y pulido. La superficie

de prueba de la probeta debe ser tal que la carga pueda aplicarse

perpendicular a ella. L a superficie debe estar limpia, seca, libre de

oxido, porosidades y material extraño que pudiera aplastarse o fluir

abajo la presión de la prueba y afectar los resultados. Si se requiere

un ataque químico de la superficie de prueba, este debe ser no mas

profundo que lo necesario para el estudio metalografico. La superficie

en contacto con el soporte debe estar limpia, seca y libre de cualquier

condición.

20/09/2012 Página 12

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

Al probar materiales con recubrimiento, si se desea el valor de dureza

del metal base, el revestimiento debe removerse completamente antes de

determinar la dureza, lo cual debe hacerse de tal manera que el metal

base no se afecta.

3. PROCEDIMIENTO:

1.-Identificar el microscopio y sus partes, observando que la

palanca de operación esté en la posición INFERIOR:

20/09/2012 Página 13

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

2.- Colocación del peso adicional de 7kg en la zona de precarga,

con esto completándose un total de 10kg, que se requiere para

esta prueba.

3.- Colocación de los pesos en la zona de carga (de menor a

mayor)30kg,45kg,60kg y 100kg:

20/09/2012 Página 14

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

4.- Presionar el botón RESET para realizar la precarga.

Con la pieza sobre el resalte, usando el volante aproximar el

metal al penetrador hasta conseguir 7 segmentos más luz roja:

5.- Presionar el botón SET. Y luego accionar la palanca con

suavidad hacia arriba, donde te mostrara el resultado de la

profundidad. Luego bajar la palanca de operación y se mostrara el

resultado de la dureza del material. Girar el volante en

dirección de la izquierda.

6.- Resultado de las 8 pruebas:

PROFUNDIDAD DUREZA67,1 94,558,8 88,261,5 91,979,6 107,662,5 93,074,1 101,791,0 121,250,2 76,9

20/09/2012 Página 15

LAB. DE CIENCIA DE LOS MATERIALES I RECONOCIMIENTO DEL DURÓMETRO Y ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL SUPERFIACIAL

4. CONCLUSIONES:. Gracias al uso de los accesorios de complemento del durómetro

tales como las contrapesas y los penetradores, que nos permite

variar en las escalas.

. El durómetro es una herramienta muy útil para determinar la

dureza de piezas metálicas.

5. OBSERVACIONES:. Que se debe tener cuidado al momento de calibrar.

. Tener cuidado al aproximar el material al penetrador ya que si

excede de los 7 segmentos comenzará a parpadear la luz roja y

mostrara un mensaje de error.

. No se puede mover alguna manija sin consultar con el profesor

de curso o algún manual.

6. RECOMENDACIONES:. Mantener la pieza metaliza limpia libre de sudor, polvo o

viruta.

. Tener presente las indicaciones del manual antes de usar el

microscopio.

7. REFERENCIAS:

http://dureza1.galeon.com/http://html.rincondelvago.com/durezas-rockwell-brinell-y-vickers.htmlhttp://www.westarco.com/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=209&Itemid=190

20/09/2012 Página 16