Unidad ii dureza - ensayos no destructivos

ENSAYO DE

DUREZA

Unidad II

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Dr. Ing. Carlos Valdez [email protected]

mailto:[email protected]

PhD. CVS 2

OBJETIVOS DE LA UNIDAD

• Analizar, calcular la resistencias mecánicas

de materiales de ingeniería.

• Comprender la realización del ensayo de

dureza

• Obtener experimentalmente los valores de

las variables involucradas en el ensayo de

dureza

• Comparar los valores experimentales con

los obtenidos analíticamente.

Objetivo

General

Objetivo

Especifico

3Prof. Dr. Carlos Valdez S.

RESULTADOS ESPERADOS

Los estudiantes comprenden la teoría del ensayo de

dureza y desarrollan analíticamente problemas tipo.

Aprenden la realización experimental y analizan

apropiadamente los resultados obtenidos.

PhD. CVS 4

CONTENIDOS A TRATAR

• Teoría del ensayo de dureza

• Ensayo de dureza tipo Brinell

• Ensayo de dureza tipo Vickers

• Ensayo de dureza tipo Rocwell

• Cálculos analíticos

PhD. CVS 5

ENSAYO DE DUREZA

Resistencia que opone un material a ser penetrado por otro.

Definición:

6PhD. CVS

Ventajas:

• Fácil ejecución y bajo costo, muy utilizado en la industria

• Rapidez en la ejecución

• Dependiendo del tamaño de Impresión puede ser

considerado no destructivo.

• Conocimiento aproximado de resistencia mecánica a

través del uso de tablas.

ENSAYO DE DUREZA

7PhD. CVS

Objetivos:

• Conocimiento de la resistencia mecánica y desgaste.

• Control de calidad en procesos de fabricación y

tratamientos térmicos

• Comparación de durezas según especificaciones del

fabricante.

ENSAYO DE DUREZA

8PhD. CVS

Métodos de Medición:

a) Dureza por Rayado (Escala de Mohs)

b) Dureza por Penetración (Brinell, Meyer, Rockwell,

Vickers, Knoop)

c) Dureza de Choque o por Rebote (Shore)

ENSAYO DE DUREZA

9PhD. CVS

DUREZA MINERAL

1 Talco (Mg3Si4O10(OH)2)

2 Yeso (CaSO4·2H2O)

3 Calcita (CaCO3)

4 Fluorita (CaF2)

5 Apatita(Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))

6 Feldespato (KAlSi3O8)

7 Cuarzo (SiO2)

8 Topacio(Al2SiO4(OH-,F-)2)

9 Corindón (Al2O3)

10 Diamante (C)

1. DUREZA POR RAYADO

• Utilizado en minerales.

• Indicación mayormente

cualitativa en comparación

con otros minerales.

• Poco utilizada en metales.

ENSAYO DE DUREZA

10PhD. CVS

2. DUREZA POR PENETRACIÓN

• Se basan en producir una deformación permanente

sobre la superficie de un metal

• Se aplica una carga, durante un determinado intervalo

de tiempo, a través de un penetrador.

• Se usa las dimensiones de la huella para determinar la

dureza de la muestra

ENSAYO DE DUREZA

11PhD. CVS

A. Dureza Brinell

B. Dureza Rocwell

C. Dureza Vickers

D. Dureza Knoop

ENSAYO DE DUREZA

(por penetración)

12PhD. CVS

A. Dureza Brinell (HB)

13PhD. CVS

A. DUREZA BRINELLComprime lentamente una esfera

(de acero templado o de carburo

de tungsteno) de diámetro “D”,

sobre una superficie plana, pulida

y limpia; con una carga “F”

durante un tiempo determinado

“t”, produciendo una huella de

diámetro “d”.

14PhD. CVS

• En este ensayo es utilizado mayormente para materiales

con durezas bajas.

• Utiliza penetradores esféricos 1, 2, 5 o 10 mm

• Utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos

• Tiempos entre 10 y 30 s.

A. DUREZA BRINELL

15PhD. CVS

F: Fuerza aplicada en kgf

S: área del casquete semi-esférico

en mm2

HB: Número de dureza Brinell

Cálculo HB

FHB

S

A. DUREZA BRINELL

16PhD. CVS

D: diámetro de la billa

d: diámetro de la huella

F: carga aplicada

A. DUREZA BRINELL

17PhD. CVS

Factor de Carga2

Fk

D Relación: Carga Aplicada y

diámetro de penetrador

A. DUREZA BRINELL

18PhD. CVS

Mecanismos de medición

D: diámetro de la esfera

d: diámetro de la impresión

A. DUREZA BRINELL

19PhD. CVS

Durómetros

A. DUREZA BRINELL

20PhD. CVS

A. Dureza Brinell

21PhD. CVS

Dureza Brinell de algunos materiales

Acero de herramientas templado..........500

Acero duro (0,8% de Carbono).............210

Acero dulce (0,1% de Carbono)...........110

Bronce..................................................100

Latón.......................................................50

Aluminio..........................................25 a 30

A. DUREZA BRINELL

22PhD. CVS

El ensayo HB no debe ser

realizado en superficies

cilíndricas con radio de

curvatura menor que 5

veces el radio de la esfera.

A. DUREZA BRINELL

23PhD. CVS

Designación:

110 HB 5 / 250 / 30

Tiempo de ensayo t = 30s.

Fuerza P = 250 kgf.

Diámetro de la bola D = 5mm

Dureza Brinell

Valor de Dureza

A. DUREZA BRINELL

24PhD. CVS

MATERIAL TIEMPO

Hierro y acero 10 a 30 s

Cobre, bronces y latones 30 s

Aleaciones ligeras 60 a 120 s

Estaño y plomo 120 s

Materiales muy blandos 120 s

Tiempos de aplicación de la carga

A. DUREZA BRINELL

25PhD. CVS

Relacion entre Dureza Brinell y Limite de Resistencia

A. DUREZA BRINELL

26PhD. CVS

Relación entre: HB y smax

En los aceros al carbono de % C<0,8; la relación entre

dureza y resistencia a la tracción aproximada es:

HB = 3.smax (kg/mm2)

• S : Billa de acero hasta durezas 450HB

• W : Billa de carburo de tungsteno hasta 650HB

El porcentaje de carbono se puede obtener en forma

aproximada por:

Para hallar el % de carbono teniendo la dureza en HB

141

80%

BH

C

A. DUREZA BRINELL

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Ventajas

• Conocimiento aproximado de la resistencia del material

sin llegar a la ruptura

• Bajo costo y simple operación

• A deformación producida no afecta el comportamiento

del material

• Ensayo puede ser considerado no destructivo

dependiendo del tamaño de la impresión.

Limitaciones

• No es aplicable a piezas muy finas y muy duras

• Método relativamente lento para la producción.

A. DUREZA BRINELL

28PhD. CVS

B. Dureza Rockwell (HR)

29PhD. CVS

B. DUREZA ROCKWELL - HR

• Método mas utilizado para medir la dureza

• Elimina el tiempo necesario para la medición de cualquier

dimensión de la impresión causada, pues el resultado es

directamente leído en la maquina de ensayo, siendo

rápido y libre de errores.

• Fácil ejecución y facilidad en detectar pequeñas

diferencias de dureza y pequeños tamaños de impresión

• Ensayo Rockwell superficial es realizado en cuerpos de

prueba mas finos (delgados).30PhD. CVS

La dureza (HR) es determinada por la diferencia de

profundidad de penetración de una carga inicial

(precarga) seguida de una carga principal.

Penetradores de ensayo Rockwell:

Ensayo Rockwell

• Pre-carga = 10 kgf

Principal = 60, 100 e 150 kgf

Ensayo Rockwell Superficial

• Pre-carga = 3 kgf

Principal = 15, 30 e 45 kgf31PhD. CVS


Se basa en la resistencia que oponen los

materiales a ser penetrados, en función de la

profundidad de la huella.

Se aplican con diferentes cargas según el

material y su espesor.

Los penetradores pueden ser esféricas de

acero o cónicas de diamantes con un ángulo

de 120º +/- 30' y vértice redondeado

formando un casquete esférico de radio 0,20

mm (Brale), el cual se utiliza para los

materiales más duros. 32PhD. CVS


33PhD. CVS


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B C

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MÉTODO

ROCKWELL

38PhD. CVS

45 HR C

Valor de dureza

Ensayo Rockwell

Escala C:

Cono de diamante

Carga: 150 kg

II. DUREZA ROCKWELL-HR

39PhD. CVS

C. Dureza Vickers (HV)

40PhD. CVS

C. DUREZA VICKERS (HV)

• Se basa en la resistencia que el material

ofrece a la penetración de una pirámide

de diamante de base cuadrada y ángulo

entre las caras de 136°, sobre una

determinada carga.

• Adecuado para pequeños cuerpos de

prueba, impresiones observadas en un

microscopio.

Características:

ASTM E 9241PhD. CVS


FHV

A

El valor de dureza HV se da por la formula:

ASTM E 9242PhD. CVS

VENTAJAS

• Escala continua de Dureza

• Impresiones muy pequeñas que no destruirán el

material

• Grande precisión de las medidas, utilizadas para

investigación

• Aplicación en toda clase de materiales

• Aplicación para cualquier espesor de material43PhD. CVS


• Tiempo de Ensayo

• Preparación cuidadosa de la superficie.

• Proceso Caro

LIMITACIONES

44PhD. CVS


ASTM E 92

45PhD. CVS


CALCULO DEL ÁREA DE IMPRESIÓN

La máquina de ensayo Vickers no permite

obtener el valor del área de impresión, pero

permite, por medio de un microscopio, tener

la medida de las diagonales (d1 y d2)

formadas por los vértices de la pirámide.

ASTM E 92

46PhD. CVS


ASTM E 92

47PhD. CVS

CALCULO DEL ÁREA DE IMPRESIÓN

Conociendo las medidas de las

diagonales es posible calcular el área

de la pirámide de base cuadrada:


CALCULO DE LA DUREZA VICKERS

DV : Dureza Vickers

P : Carga aplicada en N

d : Diagonal media de la huella en mm

: Angulo formado por las caras del penetrador de

diamante = 136º

48PhD. CVS


DesignaciónSímbolo de

Dureza

Carga nominal de

ensayo F en N.

Ensayo de dureza Vickers HV 5 a HV 100 49.03 a 980.7

Ensayo de dureza Vickers de baja

cargaHV 0.2 a < HV 5 1.961 a 49.03

Ensayo de micro dureza Vickers < HV 0.2 < 1.961

Existen tres tipos de ensayo de dureza Vickers caracterizados

por diferentes intervalos de fuerzas de ensayo.

49PhD. CVS


EJERCICIO 1:

Para encontrar el valor de dureza HV de un material que

presentó 0,24mm y 0,26mm de medidas de diagonal,

después de aplicar una fuerza de 10kgf. Calcular HV.

ASTM E 92

50PhD. CVS


EJERCICIO 1:

Para encontrar el valor de dureza HV de un material que presentó

0,24mm y 0,26mm de medidas de diagonal, después de aplicar una

fuerza de 10kgf. Calcular HV.

Valores de dureza HV a través de tablas para determinadas cargas, en

función de sus diagonales medias.Buscar

tablas

ASTM E 92

51PhD. CVS


DEFECTOS DE IMPRESIÓN

Una impresión perfecta en HV debe presentar los lados rectos.

No en tanto pueden ocurrir defectos de impresión.

ASTM E 92

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PhD. CVS 53

DEFECTOS DE IMPRESIÓN


C. DUREZA VICKERS

440 HV 30 /20

Tiempo de ensayo t = 20s.

Carga P = 30 kgf.

Dureza Vickers

Valor de Dureza

54PhD. CVS

C. Dureza Shore (HS)

55PhD. CVS

Ensayo que se caracteriza por un

choque entre el material de la

muestra y el penetrador, el rebote

resultante nos determina el valor de

dureza.

DUREZA SHORE

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D. DUREZA DE CHOQUE O POR REBOTE

VENTAJAS:

• Normalmente son equipos portátiles y de fácil utilización.

• Posibilidad de medir durezas den piezas de grandes

dimensiones.

• Utilizados en materiales poliméricos, cauchos y metales.

57PhD. CVS

D. DUREZA DE CHOQUE O POR REBOTE

CONCLUSIONES

El ensayo de dureza es un ensayo estático, es decir la

energía de penetración es transferida lentamente a la

pieza de trabajo, midiéndose dimensiones especificas

de la huella superficial realizada en la pieza

Las piezas de trabajo deben tener su superficie limpia

para realizar el ensayo de dureza.

Cuanto mayor es la deformación causado por el

indentador en la pieza de trabajo, mas blando será el

material.

58PhD. CVS

PRÓXIMA CLASE

59Prof. Dr. Carlos Valdez S.

60

FIN DE LA UNIDAD

Prof. Dr. Carlos Valdez S.

Unidad ii dureza - ensayos no destructivos

Engineering

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