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INFORME DE LABORATORIO II: MEDICIÓN DE DUREZA
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RESUMEN
El presente informe contiene la descripción detallada de la
práctica de laboratorio relacionada con el proceso en el que se
determina la dureza de los aceros 1020 y 1045. Se usó dos
durómetros con varios tipos de indentadores con el fin de
obtener las medidas en diferentes escalas de medición, como
Rockwell B y C.
ABSTRACT
This report provides a detailed description of the lab regarding
the process which determines the hardness of 1020 and 1045
steels. They used two types of durometer with various
indenters to obtain measurements at different measurement
scales such as Rockwell B and C.
PALABRAS CLAVE
Durómetro, Identador, Vickers, Rockwell, Dureza.
I. OBJETIVOS
Comprender la metodología utilizada para la medición de
dureza en los materiales.
Tener experiencia en medir personalmente la dureza de
algunas muestras, adicionalmente estar en la capacidad de
preparar la muestra y decidir que tipo de identador y
maquina usar.
Analizar los resultado del ensayo teniendo en cuenta las
escalas de dureza en Rockwell A, B, C o D, Brinell y
Vickers.
Concluir con base a la relación impureza-Dureza como se
afecta el comportamiento mecánico según su composición.
1 Kevin Javier Guevara Gutiérrez Estudiante de la Universidad Nacional de
Colombia. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial. 2 Cristian Fabián Hernández Guevara. Estudiante de la Universidad
Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial. 3 Keyni Yulieth Téllez Garavito. Estudiante de la Universidad Nacional de
Colombia. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial. 4 Shirley Alejandra Velandia Cantor. Estudiante de la Universidad
Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería. Ingeniería Industrial.
II. INTRODUCCIÓN
En la actualidad existen cantidades innumerables de
industrias, cada una de ellas cuentan con especializaciones,
herramientas, necesidades y materiales únicos.
Por ejemplo, es distinta una industria que elabora piñones que
una industria que elabora partes electrónicas. En este
laboratorio se enfocará en los materiales y como dependiendo
de su necesidad cambian algunos parámetros de dureza. Al
finalizar el laboratorio se espera reafirmar conceptos de dureza
vistos en clase y como la inclusión de impurezas benefician o
no la dureza del componente.
III. BASE TEÓRICA
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.
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.
MEDICIÓN DE DUREZA Kevin Guevara
1, Cristian Hernández
2, Keyni Téllez
3, Alejandra Velandia
4
Universidad Nacional de Colombia
Bogotá, Colombia
INFORME DE LABORATORIO II: MEDICIÓN DE DUREZA
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Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
1. Dureza Brinell
El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie
del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o
carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un
casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que
penetra.
El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la
carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que
La profundidad “h” del casquete impreso se mide
directamente en la máquina, mientras la carga se mantiene
aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla
y el material.
Otra manera de determinar el número HB es partiendo del
diámetro “d” dé la impresión lo cual tiene la ventaja de que se
pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias
y en microscopios o aparatos especialmente diseñados para tal
fin.
Remplazando en la anterior ecuación se obtiene una expresión
para el número de Brinell en función del diámetro de la huella
2. Dureza Vickers
Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en
prácticamente todos los materiales metálicos
independientemente del estado en que se encuentren y de su
espesor.
El valor de dureza Vickers resulta:
En general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5,
10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg
son las más usadas.
3. Dureza Rockwell
La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia
aceptación en razón de la facilidad de realización y del
pequeño tamaño la impresión producida durante el ensayo.
El método se basa en la medición de la profundidad de
penetración de una determinada herramienta bajo la acción de
una carga prefijada.
El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades
convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre
cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes
penetradores siendo éstos esferas de acero templado de
diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada
combinación constituye una "escala de medición",
caracterizada como A, B, C, etc. y siendo la dureza un número
arbitrario será necesario indicar en que escala fue obtenida
(HRA, HRB, HRC, etc.).
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IV. METODOLOGÍA
MATERIALES
- Identadores
- Durómetro
- Muestras
- Tabla de Durezas
El procedimiento emplea un penetrador (cambia según la
escala de dureza que se vaya a utilizar). Tal penetrador es
aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se
desea medir. La carga total P es aplicada sobre el penetrador
en dos etapas: una previa Po (la carga inicial para la prueba
realizada fue de 10 kg) y una posterior P1 tal que:
Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0
sobre la acción de la carga P0 que se mantendrá hasta el fin
del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la
influencia de las condiciones superficiales.
A continuación se aplica la carga P1 y la penetración se
acentúa. Finalmente la carga Pl es retirada y la profundidad h
restante (solamente actúa P0) determina el número de dureza.
Esta carga es mantenida durante 5 o 6 segundos, después del
cual es retirada y medida la diagonal “d” dé la impresión que
quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y
utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza en
cualquier escala ya sea Vickers que es caracterizada por HV y
definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en
Kgf), Rockwell que es caracterizada por HR.
Hay que tener que se debe realizar entre 4 y 6 identaciones
para reducir el margen de error, igualmente se debe tener
cuidado de dejar un espacio mínimo de 3 a 4 mm ya que de
hacerse en una distancia menor los datos podrían verse
errados.
V. MEDIDAS
ACERO 1045
DUREZA ROCKWELL
C
Lecturas
22
23
21
25
25
27
Carga 150Kg
Identador Diamante 120º
ACERO 1020
DUREZA ROCKWELL
C
Lecturas
16
7
Carga 150Kg
Identador Diamante 120º
DUREZA ROCKWELL B
ACERO 1020
Lecturas
92
93
90
Carga 100 kg
Identador Carburo de Tungsteno 1/16 de pulgada
VI. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES
En la escala Rockwell, según se suponga la dureza
del material a ensayar se intenta con diferentes
identadores, esto significa que si se cree que un
material es duro, entonces se procederá a realizar el
ensayo de Rockwell C, por el contrario si se estima
que el material es muy blando se procederá a
ensayarlo con la escala de Rockwell A.
Las pruebas de dureza se realizarán en el orden C, B,
D, A si se estima que el material es duro, y de orden
contrario cuando se piense que es blando.
El criterio para permanecer o intentar con otra escala
es que la magnitud marcada por el durómetro este
ente 20 y 100.
De lo anterior se puede decir que el acero 1045 es
más duro que el 1020, ya que el primero se mide con
escala C y arroja una magnitud que oscila entre 22 y
27, mientras el segundo como en la escala C tiene
magnitudes inferiores a 20, se procede a utilizar la
escala B donde denota una magnitud entre 90 y 93.
Al comparar lo experimental con lo teórico se nota
coherencia; el acero 1045 significa que tiene 0.45%
en contenido de Carbono, similarmente sucede con el
acero 1020 que tiene 0.20% en contenido de
Carbono. El tener mas contenido en carbono significa
que dentro sus intersticios existen más carbonos, por
lo tanto tiene una densidad mayor y por lo mismo su
dureza.
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El manejo del durómetro tanto mecánico como
automático resulta sencillo, esto se corrobora ya que
los resultado obtenidos en las dos maquinas se
aproximan teniendo una diferencia de 0.83.
POSIBLES ERRORES:
La inexperiencia al subir la base del durómetro
sumada a la de bajar con velocidad constante el
identador pueden contribuir al error.
Debido a la pequeña área para indentar (1/2’)
adicional a irregularidades de la superficie pudieron
afectar negativamente los resultados obtenidos del
ensayo.
VIII. REFERENCIAS
Ashby, M. F., & Jones, D. R. H. (2008). Materiales para
ingeniería. 1, Introducción a las propiedades, las
aplicaciones y el diseño. Barcelona: Reverté.
R.L. Bernau. Elementos De Metalografia y de Acero al
Carbono Editorial Andres Bello. Pág. 23
SMITH, William y HASEHEMI, Javad. (2006).
Fundamentos de la Ciencia de Materiales (Cuarta ed.). .
México D.F: Reverté S.A.
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