Resistencia de materiales

Dureza. Prueba y ensayo. Maquinaria

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA

DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA

ENSAYO DE DUREZA

Nombre:

Grupo: 2

Código experiencia:

Profesor:

Indice:

Resumen del contenido del informe.......................................................... 3

Objetivo de la experiencia......................................................................... 3

Caracteristicas técnicas de los equipos e instrumentos empleados........... 4

Descripción del método seguido............................................................... 5

Presentación de los resultados................................................................... 5

Conclusiones.............................................................................................. 6

Discusión de los resultados

Observaciones personales

Apéndice ................................................................................................... 7

Teoría del experimento

Desarrollo de los cálculos

Tabla de valores obtenidos y calculados

Biobliografía

Resumen:

En el presente informe se busca determinar la dureza d cierto material mediante un ensayo Brinell de dureza.

El ensayo consiste en penetrar un material usando una carga determinada, la que dejará como consecuencia una huella que será la referencia para calcular la dureza del material.

Se presentan, además, las condiciones bajo las cuales debe ser realizada la experiencia, lo que la provee de ventajas y desventajas.

Además se presenta brevemente otros dos ensayos de dureza muy utilizados como lo son los ensayos Vickers y Rockwell que servirán para hacer una breve comparación con el método estudiado.

Objetivos de la experiencia:

  • Efectuar un ensayo de dureza de uso frecuente.

  • Conocer las ventajas y limitaciones del método usado en el ensayo en el ensayo de dureza.

  • Determinar el número de dureza Brinell, Rockwell y Vickers de acuerdo a normas para un material en estudio.

Características técnicas de los equipos e instrumentos empleados:

Equipos:

  • Máquina de ensayo de dureza:

  • Marca: Losenhausenwerk.

  • Origen: Alemania.

  • Año: 1951.

  • Rango: 0 - 600 (Brinell).

  • Subrango (Brinell)

    Resolución (Brinell)

    0 - 200

    1

    200 - 600

    5

    • Dispositivos:

    • Penetrador con bolita de acero.

    • Carátula

    Instrumentos:

    • Lupa reticulada:

    • Marca: Baurch Lomp

    • Fabricante: Rochester

    • Origen: U.S.A.

    • Aumento: 20X

    • Rango: 0 - 6 (mm)

    • Resolución: 0.1 (mm)

    Descripción del método seguido:

    • Se prepara el equipo para efectuar el ensayo:

    • Se posa el material a ensayar sobre la superficie de apoyo de la máquina, situada bajo el penetrador con bolita.

    • Haciendo uso de la manilla situada a un costado de la máquina se comprime el material en estudio hasta que la aguja más pequeña de la carátula quede ubicada en cero.

    • Se ajusta la aguja grande en cero.

    • Con la máquina, mas especificamente con el penetrador se ejerce una fuerza constante durante 30 segundos. El conteo del tiempo es realizado por un timer presente en la máquina.

    • Se detiene la máquina y se procede a extraer el material.

    • Con el uso de una lupa reticulada se mide el diámetro de la huella dejada por la bolita del penetrador. La medición se realiza dos veces de manera que los diámetros medidos sean perpendiculares entre sí, para luego calcular el promedio de ambas mediciones.

    • Se registran los datos presentes en la carátula correspondiente a la dureza Brinell del material.

    Presentación de los resultados:

    Diámetro de la huella (mm)

    4.6

    Diámetro de la bola (mm)

    10

    Valor observado de la dureza(Brinell)

    181.3

    Valor calculado de la dureza (Brinell)

    170.4

    Resistencia(kg/mm2 * Brinell)

    58

    Conclusiones:

    • Los procedimientos más empleados en la industria para ensayar la dureza son los ensayos Brinell, Rockwell y Vickers.

    • El procedimiento Brinell es el mejor para determinar la dureza de materiales no muy duros, como el hierro y acero recocido, laminado o normalizado

    • El ensayo Rockwelles el más rápido y útil para determinar la dureza de herramientas templadas. La lectura es muy fácil y viene dada directamente en un cuadrante

    • El método Vickers es el más indicado para ensayar piezas o barras delgadas y piezas nitruradas, cementadas o cromadas

    • Para determinar la dureza de piezas terminadas es recomendable utilizar los métodos Rockwell y Vickers ya que dejan huellas mucho más pequeñas que el método Brinell de 3000 kg

    • Se ha demostrado que la dureza y la resistencia no son exactamente proporcionales. El valor K (constante de proporcionalidad) varía un poco según la resistencia del material y las condiciones de ensayo. Por lo cual debemos considerar la dureza sólo como una idea aproximada o comparativa de la resistencia del material.

    • A mayor dureza, menor elasticidad por lo tanto el material es más frágil.

    Discusión de los resultados:

    • Los resultados presentados en este informe para la dureza del material estudiado puede diferir del real ya que para este ensayo no se considero la norma en la cual se estipula que la superficie de contacto entre el material en estudio y el soporte no deben existir relieves.

    • Los instrumentos empleados no están calibrados (no poseen confiabilidad metrológica) por lo cual no se puede tener completa certeza de los valores obtenidos por lo que sólo deben tomarse como valores informativos.

    • Puede haber pequeñas diferencias en las equivalencias de dureza presentadas en este informe ya que las tablas fueron escogidas arbitrariamente, en las cuales no se estipulaban las condiciones de ensayo las que pueden diferir de las presentes en el laboratorio.

    Observaciones personales:

    • Para registrar los datos obtenidos en la carátula se utilizó el criterio de resolución adoptada.

    • Es recomendable realizar el ensayo bajo las condiciones estipuladas, es decir que las superficies de contacto tanto del material como el apoyo estén bien preparadas. De esta manera los resultados serán óptimos.

    • La máquina utilizada está modificada para que los datos presentados en la carátula los transforme en unidades Brinell.

    Apéndice:

  • Teoría del experimento:

  • Dureza: Su definición desde el punto de vista técnico es algo compleja, pero en general se puede definir de acuerdo a los métodos más generalizados para su obtención, como la mayor o menor resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o penetrado por otro tomado como elemento de comparación.

    No se puede medir la dureza utilizando una unidad absoluta; las cifras que se manejan son siempre empíricas y se refieren únicamente a un medio particular de medida.

    Actualmente los métodos más usados son los siguientes: Brinell, Rockwell y Vickers.

    Ensayo Brinell: Consiste en aplicar y comprimir progresivamente sobre una superficie plana y lisa del material a ensayar, una bola de acero muy duro, manteniendo la presión durante un cierto tiempo para que se produzca un impresión o huella en forma de casquete esférico. Después se mide el diámetro de la huella con un microscopio y se halla la dureza de Brinell dividiendo la carga que ha actuado sobre la bola por la superficie de huella.

    La dureza Brinell HB se calcula por la siguiente fórmula:

    En la que HB es la dureza Brinell; P es el peso (en Kg) aplicado; S es la superficie (en mm2) del casquete esférico; D el diámetro de la bola (en mm), y d el diámetro del casquete esférico (en mm).

    El número Brinell indica por tanto la presión en Kg por mm2 que ha actuado sobre el material.

    Este sistema exige, sin embargo, que se adopten ciertas precauciones para que las cifras que se obtengan sean exactas. Las más importantes son:

    • que la superficie ensayada sea plana y normal al eje de aplicación de la carga

    • que la superficie esté limpia de óxidos, cascarillas y grasas

    • que la distancia del borde la pieza al centro de la huella sea mayor que cuatro veces el diámetro de la huella

    • que el espesor del material sea mayor del doble del diámetro de la huella

    • que el material sea homogéneo, es decir, no tenga zonas descarburadas o cementadas

    Ensayo Rockwell: Este ensayo se basa, como el de Brinell, en la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por un cuerpo más duro, pero se diferencia de aquel en que el ensayo Brinell se determina la dureza en función de la superficie de la huella y en el Rockwell en función de la profundidad de la penetración. Además en el Rockwell actúan dos cargas diferentes, primero una carga pequeña de 10 kg y luego, además de ella, actúa otra carga mayor de 90 o 140 kg, según se emplee como cuerpo penetrador una bola o un diamante.

    Ensayo Vickers: Su fundamento es parecido al de Brinell, se basa en la resistencia que oponen los cuerpos al ser penetrados y también se halla la dureza dividiendo la carga por la superficie de la huella.

    Se diferencia de aquel por emplear como cuerpo penetrador un diamante tallado en forma de pirámide rectangular de 136° entre caras

  • Desarrollo de los cálculos:

    • Primera medición del diámetro de la huella: 4.6 (mm)

    • Segunda medición del diámetro de la huella: 4.6 (mm)

    • Medición de la huella (promedio): 4.6 (mm)

    • Carga aplicada: 3000 (kg)

    • Diámetro de la bola: 10 (mm)

    • Valor observado de la dureza: 181.3 (Brinell)

    • Valor calculado de la dureza: 170.4 (Brinell)

    • K=0.34(kg/mm2)

    • Resistencia: R=0.34*170.4=58(kg/mm2 * Brinell)

  • Tablas de valores obtenidos y calculados:

  • Diámetro de la huella (mm)

    4.6

    Diámetro de la bola (mm)

    10

    Valor observado de la dureza(Brinell)

    181.3

    Valor calculado de la dureza (Brinell)

    170.4

    Carga (kg)

    3000

  • Bibliografía

    • Tratamientos térmicos de los aceros

    Apraiz Barreiro, José

    • Testing and inspection of engineering materials

    Davis-Troxell-Wiskocil

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