Práctica Nº 2
Práctica Nº 2
Ensayo de dureza
Ensayo de dureza
Contenido Contenido……….Pag.……….Pag. Contenido……….Pag. Contenido……….Pag... 1... 1 1. 1. Objetivos Objetivos ... .... 22 1.1.1.1. Objetivo general Objetivo general ... 2... 2 1.2.
1.2. Objetivos específicos...Objetivos específicos... 2... 2 2.
2. Limites Limites y y alcances ...alcances ... 2.. 2 3.
3. Marco Marco teórico teórico ... . 22 3.1.
3.1. Ensayo Ensayo de de dureza ...dureza ... 2... 2 3.2.
3.2. Durómetro Durómetro ... ... 33 3.3.
3.3. Durómetro Durómetro empleado empleado en en la la práctica práctica ... . 33 4.
4. Materiales Materiales ... .... 44 5.
5. Procedimiento Procedimiento experimental experimental ... 5. 5 6.
6. Planilla Planilla de de datos ...datos ... 5.. 5 7. 7. Cálculos...Cálculos... ... 66 8. 8. Conclusiones Conclusiones ... . 88 9. 9. Bibliografía Bibliografía ... . 88
Ensayo de dureza
1. Objetivos
1.1.Objetivo general
- Realizar experimentalmente el ensayo de dureza. 1.2.Objetivos específicos
- Aprender el uso del durómetro digital.
- Comparar las diferentes escalas de dureza con las que se midió. - Determinar la dureza de la pieza de acero con la que se trabaja. 2. Limites y alcances
El experimento se realizó en el Instituto de Investigaciones Mecánicas de la carrera de Ingeniería Mecánica de la UMSA, el instrumental con el que se cuenta en la carrera es un durómetro digital, el cual puede medir los valores de dureza en seis escalas diferentes. Se tomaron tres medidas de dureza por cada pieza de acero, sin embargo, los datos obtenidos tienen cierta variación porque el durómetro no se mantuvo perpendicular respecto de la superficie de la pieza de acero, el cual es un error aleatorio ya que la superficie de la pieza no era significativamente grande como para poder verificar la perpendicularidad.
3. Marco teórico 3.1.Ensayo de dureza
La dureza es la propiedad que tienen los materiales de resistir el rayado y el corte de su superficie. 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.
Otras propiedades relacionadas con la resistencia son la resiliencia, la tenacidad o la ductilidad. Técnicamente la dureza se asocia sólo a las propiedades de la superficie.
La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un cuerpo más duro.
La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada durante cierto tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de dureza se emplea la deformación permanente (plástica)
En algunos casos, es necesario determinar las características mecánicas de l os materiales sin llegar a su destrucción. También podemos determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de dureza. Podemos mencionar los tres tipos de ensayos de dureza más importantes:
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.
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 d e 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. 3.2.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.
Durómetros en la industria farmacéutica: Se utilizan para medir la fuerza de rompimiento de las tabletas y pastillas como una medida de aseguramiento de la calidad. Existen durómetros manuales, semiautomáticos y automatizados. Las tabletas deben de tener una dureza óptima, por ejemplo tabletas con una dureza mayor pueden no ser absorbidas en el tracto gastrointestinal del paciente. Los durómetros más utilizados en la industria farmacéutica son Dr. Schleuniger y Pharmatest producidos en Suiza y Alemania respectivamente.
3.3.Durómetro empleado en la práctica
Durómetro PCE - 1000 portátil para comprobar la dureza superficial de materiales metálicos de un modo rápido e independiente. El durómetro Vickers proporciona los parámetros Rockwell B & C, Vickers HV, Brinell HB, Shore HS y Leeb HL. Gracias al diseño compacto del durómetro Vickers y a su funcionamiento por medio de un acumulador el manejo de este durómetro resulta muy sencillo de manejar. Con el indicador digital de todas las funciones y de los valores de medición del durómetro Vickers se evitan equívocos y errores de medición.
Ventajas:
- Formato de bolsillo, ocupa poco espacio. - Mide todos los parámetros habituales. - Instrumento percutor integrado / sin cables - Gran rango de medición
- Acumulador y cargador incluidos
- Gran variedad de adaptadores opcionales
El durómetro PCE-1000 se entrega en un práctico maletín rígido con bloque de prueba, cargador, acumulador recargable de 9 V y pasador elástico. El sólido maletín garantiza una alta seguridad para el aparato y sus componentes.
Además el uso de un aparato de medición profesional de este tipo transmite seguridad al usuario y su entorno.
El método de medición LEEB se utilizó por primera vez en 1978. Viene definido por la relación entre la velocidad de rebote de un cuerpo percutor con respecto a su velocidad de percusión multiplicada por 1000. Una mayor dureza en la superficie del material se corresponde con una velocidad de rebote más alta. Para un grupo de materiales especifico (p.e. acero, aluminio) la dureza Leeb establece una relación directa con sus condiciones de dureza.
En este durómetro se han incluido las curvas de conversión de dureza HL para metales habituales frente a otras durezas estáticas estándar (HB, HV, HRC, etc.) que le posibilita convertir e indicar la dureza Leeb en otros valores de dureza.
⁄
HL: Dureza Leeb VB: Velocidad de rebote VA: Velocidad de percusiónEn la carcasa del PCE 1000 se encuentra una bobina y dentro de ella el cuerpo percutor. Asu vez, en el
cuerpo percutor está integrado un imán permanente. Cuando el cuerpo percutor "se transforma" a través de la bobina, se induce en la bobina una tensión eléctrica por medio de los imanes proporcional a la velocidad del imán.
Partes de aparato
Especificaciones
4. Materiales
Probeta de acero estructural forma cilíndrica
Durómetro digital PCE 1000
Probeta de acero de calibración (accesorio del durómetro)
5. Procedimiento experimental
Para empezar a realizar el experimento, primero se hizo una prueba sobre el bloque de prueba, con el objetivo de tener una medición dentro del rango establecido, como se muestra en la figura.
El durómetro viene con las siguientes indicaciones para empezar las mediciones:
La temperatura de la superficie a medir no debe ser superior a 120 "C. El objeto a comprobar debe tener una superficie metálica lisa y limpia
para evitar errores en la medición.
Si el peso del objeto a comprobar es superior a 5 kg, no es necesaria una
preparación previa.
Los objetos a comprobar entre 2 y 5 kg Y los objetos con paredes delgadas deberán situarse sobre
una base estable con un peso mínimo de 5 kg. La base debe estar fuertemente fijada al objeto para evitar vibraciones.
Los objetos a comprobar por debajo de 2 kg deberán unirse a la base con pasta de acoplamiento
(p.e. vaselina).
El objeto a comprobar debe pesar más de 50 g.
Deberá medir en dirección vertical con respecto a la base.
El espesor mínimo del objeto a medir no debe sobrepasar los 3 mm. El objeto a comprobar no puede ser magnético.
La capa dura del objeto a comprobar no puede superar los 0,8 mm.
Si las superficies son curvas, el radio no puede ser inferior a 30mm. Puede adquirir un componente
opcional para medir radios más pequeños o superficies curvas.
Después se tomaron medidas de diferentes piezas, las mismas que se emplearon para la práctica de metalografía, por lo que ya se conocía su estructura interna.
El durómetro cuenta con un pequeño indentor que se introduce en el durómetro para que sea la pieza que impacte contra el acero y de una medida de la dureza.
El indentor del durómetro se muestra en la fotografía. Uso del durómetro
El cuerpo percutor se tensa con la ayuda del pasador elástico. Deslice para ello el pasador elástico inferior en la abertura del dispositivo percutor, el dispositivo percutor se encaja por medio de un "clic". Para medir, presione el PCE 1000 contra el objeto a comprobar. El durómetro deberá estar situado en ángulo recto y sin oscilaciones.
Presione a continuación con la otra mano la tecla "START". Aparecerá el valor en la pantalla. Repita la medición hasta que haya obtenido el valor medio (AVER) que había fijado anteriormente. Con la tecla "M" podrá recuperar el valor medio (AUE), el valor MAX ( -A-) y el valor MIN (-1).
Si durante la medición aparece un valor que se encuentra totalmente fuera del resto de valores, probablemente se trata de un "intento fallado". Podrá borrar este valor con la tecla "C", y el valor no se tendrá en cuenta para formar el valor medio. Deberá repetir la medición borrada.
El aparato dispone de la función de auto desconexión que protege la batería. Una vez apagado el aparato, se mantienen todos los ajustes. Si desea almacenar el aparato, podrá destensar el muelle accionando la tecla "START".
Se tiene cinco medidas de dureza de diferentes piezas junto con una medida que es la del bloque de prueba.
Dureza Vickers
Nº Pieza calibrada Pieza 1 Pieza 2 Pieza 3 Pieza 4 Pieza 5
1 621 223 162 84 89 77
2 617 224 163 91 74 83
3 625 210 174 85 85 90
Dureza Shore
Nº Pieza calibrada Pieza 1 Pieza 2 Pieza 3 Pieza 4 Pieza 5
1 75.6 31.7 26 17.2 19.3 19.1
2 75 33.1 26.9 18 18.9 19.7
3 75.2 30 26.3 18.2 19.9 21.9
Dureza Rockwell HRC
Nº Pieza calibrada Pieza 1 Pieza 2 Pieza 3 Pieza 4 Pieza 5
1 56.2 18.6 14 11.5 11 11.4
2 55.9 17.7 16.4 12.3 11 10.5
3 56.3 18.7 16.2 10.3 11 10.9
7. Cálculos
Las escalas empleadas en la práctica son las más i mportantes: Vickers, Rockwell y Shore.
Se tienen tablas de equivalencia de la dureza Rockwell HRC para las demás escalas, para este caso interesa las equivalencias que esta tenga con la escala Vickers y Shore.
Dureza Rockwell HRC Dureza Vickers Dureza Shore
68 940 105 67 900 104 66 865 103 65 832 102 64 800 100 63 772 98 62 746 96 61 720 93 60 697 91 59 674 89 58 653 87 57 633 84 56 613 82 55 595 80 54 577 78 20 235 36 19 229 -18 223 35 17 217 -16 212 34
15 207 33
14 201
-13 197 32
12 192 31
Con los valores detertminados experimentalmente, se compara con los valores de escalas.
El parámetro para las mediciones es la escala Rockwell HRC, por lo tanto, primero se compara este valor con el de las tablas y se busca las equivalencias correspondientes.
Tabla comparativa de los valores experimentales:
Pieza Dureza HRC Dureza Vickers Dureza Shore
Pieza de prueba 56 621 75 Pieza 1 18 219 30 Pieza 2 15 166 52 Pieza 3 11. 87 18 Pieza 4 11 83 19 Pieza 5 10 83 20
Tabla comparativa de valores reales:
Pieza Dureza HRC Dureza Vickers Dureza Shore
Pieza de prueba 56 613 82 Pieza 1 18 223 35 Pieza 2 15 207 33 Pieza 3 - - -Pieza 4 - - -Pieza 5 - -
-Para la pieza de prueba se cumplen los valores de equivalencia de escalas de dureza.
Para la pieza 1 y la pieza 2 los valores de equvalencia en las escalas tambien se verifica, como se muestra en la siguente tabla:
Pieza Dureza HRC (teorico) Dureza HRC (experimental)
Pieza de prueba 56 56
Pieza 1 18 18
Pieza 2 15 15
Pieza Dureza Vickers (teórico) Dureza Vickers (experimental)
Pieza de prueba 613 621
Pieza 1 223 219
Pieza 2 207 166
Pieza Dureza Shore (teórico) Dureza Shore (experimental)
Pieza de prueba 82 75
Pieza 1 35 30
8. Conclusiones
Se cumplieron los objetivos planteados:
Se midió la dureza de diferentes piezas de acero estructural, para las cuales se encontraron
diferentes valores experimentales de dureza.
Se comparó los valores experimentales de dureza con los teóricos que vienen dados en tablas,
se encontró una equivalencia para cada valor obtenido.
Se compararon diferentes escalas de dureza, Vickers, Rockwell C y Shore.
9. Bibliografía - http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-dureza/durometro-pce-1000.htm - http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/durometros.htm - http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza - http://es.scribd.com/doc/2469674/Ensayos-de-Dureza - http://www.lutz-blades.com/es/guia-de-cuchillas/valores-de-dureza.html
