INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

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ÍNDICE

PÁGINA

Objetivo 3

Condiciones ambientales 3

Material, herramienta y equipo 3

Consideraciones teóricas 4

Desarrollo 7

Cálculos y resultados 11

Conclusiones 11

Bibliografía 13

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OBJETIVO

El objetivo principal de la práctica es conocer el procedimiento y la forma adecuada de utilizar un durómetro Rockwell con el fin de realizar ensayos de dureza, así como conocer la clasificación de ensayos de dureza Rockwell y con qué materiales utilizarlos.

CONDICIONES AMBIENTALES

INICIO DE LA PRÁCTICA FIN DE LA PRÁCTICAHORA 13:37 14:14

TEMPERATURA 23° C 22.5° CHUMEDAD RELATIVA 27% 31%

MATERIAL, HERRAMIENTA Y EQUIPO

MATERIAL

Solera de acero bajo carbono de 1 cm3

Patrón de durezaMarca: Akashi CorporationNo. De serie: 19BAA125Dureza: 62.4 ±1.5 HRC

Solera de cobre

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HERRAMIENTA

Lijas de agua 240 y 320 grit

EQUIPO

Durómetro RockwellModelo: AR-20Marca: MitutoyoSerie: 220528No. De inventario: I42080199637

Cortador de precisión para muestras metalográficasMarca: Buehler

Nivelador de burbuja

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CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Definición de dureza: se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador o penetrador), de determinada forma y dimensiones.

Los métodos Brinell y Vickers, poseen la insuficiencia principal de que la medición de las características geométricas de la impronta toma cierto tiempo, además dicha medición a veces no es exacta a causa de que el metal desalojado por la bola se acumula cerca de los bordes de la indentación. Por esto surgió la necesidad de desarrollar otros métodos de determinación de la dureza llevando al desarrollo de métodos como el Rockwell, en el cual la medición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.

El método de Rockwell aunque es un método de indentación que no pretende de manera directa medir la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos de contacto, sino que la define como un número arbitrario, inversamente proporcional a la penetración del indentador.

El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones específicas de carga.

El estándar ASTM E18-03 define el número de dureza Rockwell como un número derivado del incremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el indentador es incrementada desde una fuerza previa (preliminar específica de 10 kgf) hasta una fuerza total (específica) y luego retornada al valor de fuerza previa.

El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la siguiente figura.

Esquema de medición de la dureza Rockwell

Al comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de la carga previa P0, la cual se mantiene hasta el final del ensayo. Esto garantiza una mayor exactitud del ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y de las irregularidades de la delgada capa superficial. Después se expone la probeta a la acción

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de la carga total Pf = P0 + P1, y la profundidad de penetración aumenta. Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema probeta-indentador ocurre una recuperación elástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previa P0, siendo posible la medición de la profundidad de penetración h, la cual determina el número de dureza Rockwell (HR).

Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-esferoidal de diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetros.

Entre el número de Rockwell y la profundidad de la indentación h existe la siguiente dependencia:

Para el cono de diamante: HR=100−(h/0.002)Para las bolas de acero: HR=130−(h/0.002)

De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto tope para que haya coherencia: a menor profundidad de penetración mayor será el número de Rockwell y viceversa.

En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas Rockwell de manera automática realizan estas operaciones mostrando directamente el número de dureza en sus diales. Esta característica granjeó para este método una gran popularidad.

El estándar define las características geométricas de los indentadores. Para el penetrador cónico esferoidal se muestran en la figura:

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A partir de las combinaciones posibles de distintos indentadores y cargas, el estándar ASTM E18-03 define 15 escalas diferentes de durezas Rockwell. Se muestra la tabla que las define, tomada directamente de dicho estándar. En esta tabla se muestra también la aplicabilidad de cada tipo de prueba.

El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escala, por ejemplo: 64 HRC.

Esta notación indica una dureza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total 150 kgf).

Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra S si es de acero o W si es de carburo de tungsteno.

DESARROLLO

Antes de realizar el ensayo de dureza Rockwell se verificó que el durómetro estuviera nivelado y calibrado.

El nivelado se verificó utilizando un nivelador de burbuja, colocándolo sobre el yunque portaprobetas y observando que la burbuja quedara al centro del nivelador.

El calibrado se comprobó utilizando un patrón de dureza, el cual debía cumplir con una dureza de 62.4 ± 1.5 HRC. Se le realizó el ensayo de dureza Rockwell C, utilizando el indentador de cono de diamante, resultando un valor de 60.5 HRC, resultado erróneo debido a la edad del patrón y a que sólo se realizó una prueba y no había más datos para evaluar y aproximarse al valor indicado. Sin embargo, se verificó que el equipo, a pesar de la variación en la medición del patrón de dureza, estaba en efecto calibrado.

Una vez que se verificó el nivelado y calibrado se preparó la probeta de acero a ser ensayada.

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Se cortó una probeta de acero de bajo carbono a 1 cm3 utilizando una cortadora de precisión marca Buehler y se rebajó y lijo utilizando lijas de agua 240 y 320 grit hasta obtener una superficie plana, regular y libre de bordes, como se muestra en la figura 1.

Fig. 1 Probeta de acero bajo carbono cortada a 1 cm3, lijada y sin bordes

Una vez lista dicha probeta bajo las especificaciones anteriores se procedió a realizar el ensayo de dureza.

Se realizó el ensayo de dureza Rockwell A para la probeta de acero utilizando el indentador de cono de diamante y empleando una carga de 60 kgf.

Se encendió el equipo utilizando el switch de encendido; se accionó un segundo switch para poner el equipo en modo automático; se colocó el indentador requerido en el durómetro, como se ilustra en la figura 2; se colocó la probeta en el yunque portaprobetas; se giró la manivela de posicionamiento vertical hasta que la probeta tocaba el indentador, como se muestra en la figura 3.

Fig. 2 Colocación del indentador de cono de diamante en el durómetro Rockwell

Fig. 3 Indentador del durómetro apenas tocando la probeta

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Se continuó girando la manivela hasta que las dos agujas de la carátula de lectura se cruzaron tres veces, para aplicar la precarga de 10 kgf a la probeta y que de esta forma el equipo estuviera en cero antes de realizar la prueba.

Se seleccionó la carga con la perilla selectora de cargas, que para este caso fueron 60 kgf y se presionó el botón de inicio. Se apagó el foco del dispositivo lo cual es un indicativo de que el equipo está realizando la prueba, pasados unos segundos el foco se encendió de nuevo para indicar que terminó la prueba y mostró en la carátula de lectura, con la aguja recta, el valor de dureza Rockwell obtenida, como se puede ver en las figuras 4 y 5.

Fig. 4 Fig. 5Durómetro Rockwell mostrando el resultado de la dureza obtenida en la carátula de lectura terminada una

indentación

El procedimiento anterior se realizó cinco veces, obteniendo cinco indentaciones, como se muestra en la figura 6, para obtener datos suficientes y calcular un promedio de la dureza del material, obteniendo los siguientes resultados:

1° indentación. 492° indentación. 503° indentación. 504° indentación. 49.55° indentación. 50

Se despreció el primer valor al ser el más bajo y se obtuvo el promedio de los otros cuatro valores obtenidos.

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Fig. 6 Fotografía ampliada de la probeta de acero mostrando las cinco indentaciones realizadas en el ensayo

Terminada la prueba sobre el acero se realizó el ensayo sobre una solera de cobre; se realizó el mismo procedimiento antes mencionado para la probeta de acero, pero se aplicó el ensayo Rockwell B, ya que es un material más blando, por lo que se utilizó el indentador de bola de acero de 1/16” de diámetro empleando una carga de 100 kgf.

La figura 7 muestra la colocación de la solera de cobre en el yunque portaprobetas del durómetro Rockwell.

La figura 8 muestra el valor de la dureza de una indentación realizada sobre la solera de cobre en la carátula de lectura.

Fig. 7 Preparación de la solera de cobre para aplicar ensayo de dureza HRB

Fig. 8 Carátula de lectura mostrando el valor de dureza de una indentación realizada sobre la solera de cobre

Se imprimieron tres indentaciones en la solera de cobre, de igual manera para obtener un promedio de dureza, obteniendo los siguientes resultados:

1° indentación. 40.52° indentación. 42.53° indentación. 40.5

Los resultados de ambos ensayos sobre los materiales se describen a continuación en la sección de Cálculos y Resultados.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL A SOBRE LA PROBETA DE ACEROIndentaciones:1. 49 Se desprecia al ser el valor más bajo2. 503. 504. 49.55. 50HRA=50+50+49.5+50

4=49.875≅ 50

Dureza del acero: HRA=50

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL B SOBRE LA SOLERA DE COBREIndentaciones:1. 40.5 Se desprecia al ser el valor más bajo2. 42.53. 40.5HRB=42.5+50

2=46.25≅ 46

Dureza del cobre: HRB=46

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CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

http://www.geocities.ws/irresistible_en_linea/ensayos/dureza.html

http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf

http://www.astm.org/

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