MEDICIN DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

COMPETENCIAS, CAPACIDADES TERMINALES A OBTENER

Analizar los resultados

obtenidos de un ensayo para

diversos materiales y su

aplicacin en la industria.

Porqu la cuchilla del torno puede mecanizar un acero?

DUREZA

Es el grado de oposicin de un

material a ser rayado o penetrado de

cualquier forma, por otro material.

TIPOS

Resistencia a la abrasin (Rozamiento). Frotamiento o rodadura.

Resistencia al rayado. Ms utilizado en mineraloga Escala

MOHS:

Resistencia al REBOTE. Escleroscopio SHORE. Martinete

con Diamante en la punta

resistencia a la penetracin. Material penetrado por otro. Posibilita estimar la

resistencia a la rotura por estiramiento.

MTODOS

DUREZA BRINELL (HB)

ROCKWELL (HRB/HRC)

VCKERS

CUALITATIVO

ENSAYOS DE DUREZA POR PENETRACIN

MTODO BRINELL

Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero muy duro durante un cierto tiempo (t) produciendo una impresin con forma a casquete esfrico.

Donde: F: es la fuerza ejercida o la carga a utilizar D: dimetro de la bola media en mm d: dimetro de la huella en superficie en [mm]

DUREZA BRINELL Adecuado para materiales blandos y semiduros. Una vez medida en milmetros la huella d se reemplaza en la frmula.

EXPRESIN NORMALIZADA DE DUREZA BRINELL

DIMETROS DE LAS BOLAS Y PRESIONES EMPLEADAS EN EL ENSAYO BRINELL

Constantes de ensayo K

espesor Diam. De la

bola mm 30 10 5 2.5 1.25

Cargas en kilogramos

Superior a 6 mm de 6 a 3 mm

menor de 3mm

10

5

2.5

1.25

0.625

30 D2 10 D2 5 D2 2.5 D2 1.25 D2

3000 1000 500 250 125

750 250 125 62.5 31.2

187.5 62.5 31.2 15.6 7.8

46.9 15.6 7.81 3.91 1.99

11.7 3.91 1.953 0.977 0.488

Para que los resultados obtenidos con diferentes materiales sean comparables, es preciso la siguiente relacin: = 2

El estndar ASTM E 10-78

Valores tpicos: El valor HB suele ser menor que 600

MATERIAL Valores

Hierro y acero K = 30

Cobre, bronce y latones K = 10

Aleaciones ligeras K = 5

Estao y plomo K = 2.5

MATERIAL TIEMPO

Hierro y acero 10 a 30 seg

Cobre, bronce y latones

30 seg

Aleaciones ligeras 60 a 120 seg

Estao y plomo 120 seg

Materiales muy blandos

120 seg

material Valor en hb

Acero (blando) 120 HB

Acero de herramientas

500 HB

Acero inoxidable 250 HB

Aluminio 15 HB

Cobre 35 HB

Madera entre 1 HB y 7 HB

Vidrio 482 HB

RELACIN ENTRE LA DUREZA BRINELL Y LA RESISTENCIA A LA

TRACCIN

PROBLEMAS DE DUREZA

1. La figura inferior representa un esquema de un ensayo de dureza Brinell. Se ha aplicado una carga de 3.000Kp. el dimetro de la bola del penetrador es de 10mm. El dimetro de la huella obtenida es de 4,5mm. Se pide: a. El valor de la dureza de Brinell (HB) y su expresin normalizada.

3. Para realizar un ensayo de dureza Brinell en un acero se utiliza un penetrador de bola de 10mm de dimetro. Habindose obtenido una huella de dimetro 5mm, la carga aplicada ha sido de 3.000Kp y el tiempo de aplicacin de 12s. Calcular: a. La dureza Brinell de dicho material. b. %de carbono que contiene el acero. c. Resistencia a la traccin. d. Expresin del valor de la dureza Brinell

2. Se quiere evaluar la dureza Brinell de un material. Si la constante del ensayo para el material implicado es de 30, se ha utilizado una bola de dimetro 2,5mm y se ha obtenido una huella de 1mm de dimetro, calcula la dureza de Brinell del material.

MTODO ROCKWELL

Se calcula la dureza en base a la profundidad de penetracin y la carga total no se aplica en forma continua. Hay una carga inicial y otra adicional (varia segn las condiciones de ensayo).

El valor se obtiene en directa del dial del indicador. La dureza esta dada por el incremento de penetracin debido a la accin de la carga adicional y una vez suprimida sta

Los penetradores pueden ser billas o diamantes aplicados con diferentes cargas segn el material y su espesor.

Primero se aplica una carga de 10 Kg. Poniendo a continuacin el indicador que mide la penetracin a cero. Despus se completa la carga hasta llegar a la total del ensayo. Si por ejemplo esta carga es 100 Kg., se deber poner 90 Kg. ms. Se quita despus la carga adicional, o sea, los 90 Kg. del ejemplo, y la profundidad a que queda el cuerpo penetrante es la que se toma para calcular la dureza.

MTODO VICKERS

El ensayo de dureza Vickers, llamado el

ensayo universal, es un mtodo para medir

la dureza de los materiales. Sus cargas van

de 5 a 125kilopondios (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:

HV = F / S Obtenindose finalmente: HV = 1,854 F/d2

Este ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza Brinell. Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas ms ligeras que las utilizadas en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresin cuadrada y se halla el promedio para aplicar la frmula antes mencionada. Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior, se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este ensayo, adems, puede usarse en superficies no planas..

MTODO VICKERS

Material Valor

316L Acero inoxidable (USA) 140HV30

347L Acero inoxidable (USA) 180HV30

Acero al carbono 55120HV5

Hierro 3080HV5

Ejemplos de dureza Vickers (HV) para varios materiales1

Para aceros no aleados y fundiciones, existe una relacin aproximada y directa entre la dureza Vickers y el lmite elstico, siendo el lmite elstico aproximadamente 3,3 veces la dureza Vickers. Rp0,2==3,3*HV

Equivalencias de dureza y resistencia

2. Determina la longitud de las diagonales de la huella que dejar el penetrador sobre un material de dureza 630 HV 50.

Problemas de Dureza

1. En un ensayo de dureza Rockwell (HRc) al aplicar la carga de 10Kg el penetrador avanza 5mm. Al aplicar la carga de 140Kg avanza 87mm y al retirar los 140Kg retrocede 3mm. Calcula la dureza HRc de ensayo

3. Hemos templado el acero al carbono y para conocer su dureza utilizamos el mtodo Vickers. La carga aplicada ha sido de 30Kp y las diagonales miden d1=0,25mm y d2=0,26mm. Se pide: a. El valor de la dureza del acero. b. Expresar el valor de la dureza Vickers si el tiempo es de 15s

Traccin

Organismos como la ASTM (American Society for Testing and Materials) en

Estados Unidos,se encargan de estandarizar las pruebas

Cada miembro de esta estructura est sometido a un esfuerzo

Ensayo de resistencia a la traccin El ensayo de traccin es el ms frecuentemente realizado en los materiales que se emplean par la construccin de mquinas, porque nos suministra las ms importantes propiedades necesarias para formar juicio sobre el material.

se coloca una probeta en una mquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra mvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza mvil

Probeta Barras de seccin regular (normalizadas), por ejemplo un trozo de varilla (industrial). - Sus extremidades son de mayor seccin, para facilitar la fijacin de la probeta a la maquina de traccin. - En las probetas se hacen dos marcas entre las cuales se mide la longitud l (puntos calibrados).

Realizacin del los Ensayos de Traccin

La mquina de ensayo impone la deformacin desplazando el cabezal mvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una seal que representa la carga aplicada,

Grfico obtenido en una mquina de ensayo de traccin para un acero.

El diagrama de ensayo de traccin permite estudiar el alargamiento de la probeta en funcin de la fuerza o carga actuante

zona elstica

la probeta se comporta como un resorte: si se quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial.

Se tiene entonces que en la zona elstica se cumple:

F = K (L - L0) F: fuerza K: cte del resorte L: longitud bajo carga L0: longitud inicial

Punto de fluencia

Desde aqu el material comienza a adquirir una deformacin permanente.

(yield point)

Luego de la fluencia sigue una parte inestable, que depende de cada acero, para llegar

a un mximo en F = Fmx.

En F = Fmx la probeta muestra su punto dbil, concentrando la deformacin en una zona en la cual se forma un cuello.

provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor rea, provocando la ruptura

CURVA ESFUERZO DEFORMACIN Para expresar la resistencia en trminos independientes del tamao de la probeta, se dividen las cargas por la seccin transversal inicial Ao , obtenindose:

Resistencia a la fluencia

Resistencia a la traccin

Unidades: Kg/mm2 o Mpa o Kpsi

CURVA ESFUERZO DEFORMACIN

Diversas curvas esfuerzo vs deformacin

Diagrama de ensayo de traccin correspondiente a otros metales.

Para pensar: ? Un alambre de acero de mediano carbono se rompe con una fuerza de traccin de 450 kg y una barra del mismo acero se rompe con 1200 kg cul de los dos tiene mayor resistencia?. Fundamente su respuesta

METALOGRAFA DEL ACERO

CONSTITUYENTES

CONSTITUCIN DE LAS ALEACIONES HIERRO - CARBONO

CEMENTITA

MARTENCITA PERLITA

FERRITA

FERRITA

Se considera como hierro . Es el mas blando y dctil, y tiene una dureza de 90HB

CEMENTITA

Es carburo de hierro CFe3. Es el constituyente ms duro y frgil de los aceros, tiene una dureza de 700HB, 68 HRC, es magntica hasta los 210C.

PERLITA

Es un constituyente compuesto 86,5% de ferrita y el 13,5% de cementita, tiene una dureza de 200 HB. El grano de perlita esta formado por laminas o placas alternadas de cementita y ferrita, se forma por enfriamiento muy lento

CEMENTITA

Es el constituyente mas duro despus de la cementita. Se obtiene por enfriamiento muy rpido de los aceros despus de elevar su temperatura aprox de 800C