UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICA

CIENCIA DE LOS MATERIALES LABORATORIO N 1: ENSAYO DE DUREZA

INTEGRANTES: GUTIERREZ ANDIA, Savio Renato 20131036C

LUQUE APAZA, Wilder Guido 20131017I

YSHIKAWA REYES, Kiomi Rocio 20130515E

CDIGO DE CURSO Y SECCIN: MC 112 - G

PROFESOR: SAMPEN ALQUIZAR, Luis Alberto

FECHA DE REALIZACIN: Viernes 5 y 12 de Setiembre del 2014FECHA DE PRESENTACIN: Viernes 18 de Setiembre del 2014

INDICE: Pg.

1. Objetivos.......................................................................................................... 22. Fundamento terico......................................................................................... 23. Procedimientos................................................................................................ 44. Resultados del laboratorio............................................................................... 55. Conclusiones.................................................................................................... 76. Observaciones................................................................................................. 77. Bibliografa....................................................................................................... 8

1. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente algunas propiedades mecnicas de aleaciones ferrosas y otros. Analizar y comparar mediante los diferentes mtodos la dureza en dichas aleaciones. Observar y analizar los mtodos de ensayo de dureza en los aceros y aleaciones. Indagar la importancia de un ensayo de dureza. Comparar entre los materiales usados y destacar el material ms duro y menos duro. Analizar entre las ventajas y desventajas de usar el mtodo de Brinell y el de Rockwell. Entender lo ms esencial e importante de un ensayo de dureza. Conocer y entender el funcionamiento de una mquina de ensayo Rockwell y Brinell.

2. FUNDAMENTO TERICO

ENSAYO DE DUREZA:La dureza es la resistencia que ofrece u opone un cuerpo a ser indentado, deformado, rayado etc. por un segundo cuerpo siendo este un material con una mayor dureza que el primero. Para realizar una comparacin entre metales y aleaciones o de cualquier otro material debe de tenerse en cuenta el mtodo de dureza.Existen diferentes tipos de mtodos para medir la dureza de un material: Dureza Brinell:Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros, es poco exacta pero fcil de aplicar. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono dediamante(en algunos casos bola de acero). Es la ms extendida, ya que la dureza se obtiene por medicin directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar unensayo no destructivopor el pequeo tamao de la huella. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirmide 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 2 mm de espesor. Dureza Knoop:Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de seales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estndar.

ENSAYO DE DUREZA BRINELLFigura 1

Este ensayo se realiza mediante un indentador que penetra en la superficie del material a ensayar dejando una huella como el casquete de una esfera [ver figura 1]. Para medir la dureza, es necesario hallar el rea de dicho casquete y dividir la carga usada en el ensayo (en kg-fuerza) entre el rea generada por el penetrador sobre la superficie de material.La carga a aplicar depende del material a probar y del cuadrado del dimetro de la bola del penetrador.

Para hallar la medida de la huella en el material se usa un micrmetro o microscopio.

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELLEste ensayo es similar al Brinell pero con mayor rango de aplicacin, ya que trabaja con varias escalas que permiten medir materiales muy suaves o muy duros. La medida de la dureza se hace en funcin de la profundidad de la huella y no de su superficie. Para materiales blandos (HB200) el penetrador es un cono de diamante de 120 en la punta (HRC).Es un ensayo rpido y fcil de realizar pero menos preciso que los anteriores.No se requiere personal especializado.

Cuadro de escalas del mtodo de dureza Rockwell

La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0 y una posterior P1 tal que: P = P0 + P1.Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0 [ver figura 2] sobre la accin de la carga P0 que se mantendr hasta el fin del ensayo. Esta penetracin inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales.Figura 2

A continuacin se aplica la carga P1 y la penetracin se acenta. Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante (solamente acta P0) determina el nmero de dureza HR. La escala de los instrumentos de lectura empleados en las mquinas est invertida para permitir una lectura directa.En los certificados de calidad es comn utilizar la escala HRB donde el cono de diamante es reemplazado por una esfera de 1/16" y la carga P1 vale 100 Kgf.En casos de materiales muy finos donde la carga de 100 Kgf es muy elevada, pudiendo inclusive perforar la muestra, es utilizada la escala Vickers con una carga de 10 Kgf y luego efectuada la transformacin a la escala HRB utilizando tablas de conversin adecuadas.

3. PROCEDIMIENTOS REALIZADOS Mtodo de Dureza BrinellPara hallar la Dureza de los materiales en la escala Brinell se utiliza una mquina que, dependiendo el acero o material a evaluar, se le aplica una fuerza proporcional al dimetro de la billa utilizada para esta, la cual deja una huella a la que le medimos sus dimensiones, y con estos datos podemos hallar un valor para la dureza aproximado.Mtodo de Dureza RockwellPara este se us un dispositivo electrnico que, como el caso anterior, aplica una fuerza sobre la probeta mediante una billa o un cono de diamante dependiendo la escala a utilizar diferencindose que esta se aplica en dos momentos diferentes, dando directamente el valor de la dureza de la misma, por lo que se realiz tres huellas a la probeta, obteniendo tres valores de dureza en la respectiva escala, y se halla el promedio de estas para tener un valor ms preciso.

4. RESULTADOS DEL LABORATORIO

Mtodo de dureza Brinell (NHB)AleacinKD (mm)F (kgf)d1 (mm)d2 (mm)NHB1 (kgf/mm^2)NHB2 (kgf/mm^2)NHB prom

Pb-Sn2.5102506.076.337.757.057.40

Al55003.773.7243.1444.3543.75

Cu1010004.013.9375.8679.1277.49

Cu-Zn3.6-94.95-94.95

Cu-Sn3.353.27110.18115.80112.99

Zn-Al-Mg-Cu3.233.18118.77122.64120.71

AISI D33030004.114.14216.13212.86214.50

Acero inox4.654.73166.52160.58163.55

SAE 10454.234.22203.46204.47203.96

SAE 10205.155.195133.73131.24132.48

Orden descendiente de dureza:AISI D3 > SAE 1045 > Acero inox.> SAE 1020 > Zn-Al-Mg-Cu > Cu-Sn >>Cu-Zn > Cu > Al > Pb-Sn

Mtodo de dureza Rockwell (HR)MaterialFuerza (kgf)Tipo de DurezaPrueba 1Prueba 2Prueba 3PenetradorDureza Promedio

Cu60HRF82.681.782Billa de diametro 1/16"82.1 HRF

Cu + Zn86.786.488.387.1 HRF

Cu + Sn91.390.692.891.6 HRF

Al31.432.332.632.1 HRF

Al + Cu100HRB88.28887.687.9 HRB

Hierro fundido95.792.996.294.9 HRB

SAE 102076.179.674.876.8 HRB

SAE 104596.997.29997.7 HRB

AISI D393.493.892.993.4 HRB

SAE 4140150HRC35.435.335.6Cono de diamante35.4 HRC

Acero de herramientas66.267.46766.9 HRC

Orden descendiente de dureza:Acero de herram.> SAE 4140 > SAE 1045 > Hierro fund > AISI D3 > Al-Cu > SAE 1020 > Cu-Sn > Cu-Zn > Cu > Al

5. CONCLUSIONES

La dureza, es una propiedad de la capa superficial del material, no del material en s. A una mayor rea de penetracin se obtendr una menor dureza. La dureza de los metales se puede aumentar mediante su combinacin con otros metales o no metales como es el caso del cobre (Cu). Durante la experimentacin pudimos observar que su dureza aumento al alearse con zinc y aumento ms al mezclarse con estao. Asimismo, el aluminio se vuelve ms duro cuando esta aleado con cobre (4.3%). La dureza del acero se puede aumentar cuando se le agrega cierto porcentaje de carbono [a mayor porcentaje, mayor dureza] como es el caso del SAE 1045 (0.45%C) que es de mayor dureza que el SAE 1020 (0.2%C). Se puede obtener un acero ms duro cuando esta aleado y adems contiene un pequeo porcentaje de carbono (SAE 4140) La importancia de la dureza radica en que nos permite conocer las propiedades mecnicas lo cual nos sirve para saber dnde aplicar los materiales en la industria. Lo esencial de un ensayo de dureza Brinell son la carga, el penetrador y el tiempo de aplicacin de dicha carga.

6. OBSERVACIONES

El mtodo Rockwell se diferencia de los anteriores en que la medida de la dureza se hace en funcin de la profundidad de la huella y no de su superficie. Para la escala C en el mtodo de dureza Rockwell, debe usarse como penetrador un cono de diamante de 120 entre generatrices. Las escalas de dureza del mtodo Rockwell dependen de la cantidad de fuerza aplicada, esto es, para materiales ms blandos, se debe usar escala F y para materiales duros debe usarse escala B o C. La constante K para hallar el valor de la dureza en el mtodo Brinell depender del material a trabajar. Cuando se trata de aleaciones o mezclas, el material predominante determinara el valor a usar de K. Por ejemplo, en la aleacin Cu-Zn, siendo el cobre el de mayor proporcin, el valor de K ser 10. Se debe asegurar que las probetas estn bien lijadas y pulidas, pues al experimentar sobre superficies no trabajadas correctamente, se puede alterar el valor de la dureza y obtener resultados atpicos. Para una mayor precisin en la toma de datos se realizaron como minino tres mediciones. Si algn dato se alejaba demasiado de los obtenidos o por obtener en las mediciones, se obviaba y se volva a tomar otro que este cercano al grupo de datos.

7. BIBLIOGRAFA

Callister, W. D., 2004, Introduccin a la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Editorial reverte, pg. 136. Smith W. F., 1990, Fundamentos de la Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Editorial MC Graw Hill ,4ta edicin, pg. 103. Askeland D. R., 1998, Ciencia e Ingeniera de los Materiales, Editorial International Thomson, 3ea Edicin, pg. 130-160.

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