UNIVERSIDAD DE ORIENTENUCLEO DE ANZOTEGUIESCUELA DE INGENIERA Y CIENCIAS APLICADASDEPARTAMENTO DE MECNICA

LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA II(ENSAYO DE DUREZA)

Revisado por: Realizado por:Prof. Francisco Garca Br. Mrquez, Stevenson C.I.: 26.434.885Br. Villarroel, Daniel C.I.: 23.536.274Br. Carrero, Jos C.I.: 24.226.609Br. Velasco, Cesar C.I.: 25.313.374Br. Garca, Gustavo C.I.: 24.829.337

Seccin: 23

Barcelona, 17 de Junio de 2015INDICERESUMENiiNDICEiiiI. INTRODUCCIN1II. OBJETIVOS2 2.1. Objetivo general2 2.2. Objetivos especficos2III. MARCO TERICO3IV. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS8V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL9VI. RESULTADOS10VII. ANLISIS DE RESULTADOS14VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES16IX. BIBLIOGRAFA17X. APNDICES: APNDICE A: EJEMPLO DE CLCULOS18

RESUMENSe realiz el estudio de dureza en una probeta de acero 1040, utilizando dos mtodos prcticos: Ensayo de dureza Brinell y Ensayo de dureza Rockwell. Para el ensayo de dureza Brinell se utiliz la mquina de ensayo porttil y se coloc sobre la probeta con un penetrador de bola de dimetro 10mm. Se le aplic una carga de 750 Kg., luego con la ayuda de un micrmetro ocular se midi el dimetro de la huella. Para el ensayo de dureza Rockwell las probetas fueron colocadas cada una en el Durmetro Rockwell con un penetrador de bola de 1/16 de pulgada de dimetro. Se le aplic una carga de 1000 Kg. Se utiliz la escala de color Roja (Escala B) para leer directamente el valor de la dureza. En este ensayo se hace una pre-carga de 10 Kg., para eliminar impurezas e imperfecciones en la superficie de la probeta a estudiar.Los resultados obtenidos fueron los esperados, ya que la superficie de la probeta de acero 1040 resisti dicha fuerza.

INTRODUCCINEn el ensayo de dureza lo que se busca es la resistencia que posee un material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando stos deben resistir el roce con otros elementos. Es el caso de las herramientas de construccin (palas, carretillas, pisos, tolvas). El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirmides o conos. Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamao de la huella que dejan. Es un ensayo fcil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durmetros fcilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimacin de la resistencia a la traccin.

El ensayo de dureza Rockwell se realizar con un equipo llamado durmetro el cual arroja valores de dureza sin necesidad de hacer clculos, se tomaran tres (3) medidas y se sacar un promedio de estas durezas la cual se comparar con la escala tabulada, para este ensayo debido al material se tomara la escala Rockwell B para una probeta de acero AISI 1040.

En cuanto al ensayo de dureza Brinell lo realizaremos con una mquina de ensayo porttil que har las funciones de un sistema hidroneumtico que le aplicar la carga a la probeta de manera instantnea, luego de esto se medir el dimetro de la marca con una lupa con escala graduada en milmetros.

OBJETIVOSObjetivo General Determinar la dureza Brinell y Rockwell de distintos materialesObjetivos Especficos Identificar los equipos y elementos necesarios para el ensayo de dureza Realizar comparaciones de dureza entre distintos materiales Conocer los distintos penetradores para realizar el ensayo de dureza Ensear al estudiante a elaborar los informes tcnicos

MARCO TERICO El ensayo de dureza juega un papel importante en la determinacin de las caractersticas de un metal o aleacin, y es un factor determinante en el rechazo y aceptacin de los productos acabados o semi-acabados. La dureza no es ms que la resistencia que opone un cuerpo a la penetracin de su superficie, tambin est relacionada con las propiedades elsticas y plsticas Aunque los ensayos de dureza son sin duda algunas funciones de las fuerzas intraatmicas, los diversos ensayos de dureza no ponen en juego estas fuerzas fundamentales de la misma manera o en la misma extensin, as que ningn mtodo para medir la dureza indica por s solo ninguna otra propiedad mecnica. Aunque algunos ensayos de dureza parecen estar mas estrechamente asociados que otros con la resistencia a la tensin, algunos parecen estar ms estrechamente relacionados con la resiliencia, o con la ductilidad, etc. Envista de esta situacin, es obvio que un tipo de ensayo dado resulte de uso prctico solamente para comparar las durezas relativas de materiales similares sobre una base estipulada. Los resultados de los ensayos de indentacion con esferas sobre el acero, por ejemplo, no poseen significado cuando se le compara con los resultados de esos ensayos a realizarse, pero sirven muy bien para evaluar la efectividad de una serie de tratamientos con calor sobre un acero dado o aun para clasificar los aceros de varias composiciones. Existen muchos mtodos para determinar la dureza de los materiales, entre estos encontramos el ensayo Brinell, el cual consiste en imprimir una bolita de acero, de un dimetro determinado sobre el material a ensayar, mediante una carga y durante un tiempo preestablecido. Al suprimir la carga la probeta queda marcada con una huella en forma de casquete esfrico cuyo dimetro en milmetros se mide con un microscopio. Otro mtodo bastante similar es el ensayo Rocwell, ya que l numero de dureza encontrado es una funcin del grado de penetracin de la pieza de ensayo por la accin del penetrador bajo una carga esttica dada. Se usan varias cargas y penetradores, dependiendo de las condiciones de ensayo. Difiere del ensayo Brinell en que los penetradores y las cargas son menores, de ah que la huella resultante sea menor o menos profunda. Es apreciable al ensayo de materiales que posean durezas que rebasen el alcance de la dureza Brinell, y es ms rpido porque arroja lecturas directas arbitrarias. Se usa extremadamente en la labor industrial.La dureza es la resistencia del metal a la deformacin plstica generalmente por indentacin; sin embargo el trmino puede referirse tambin a rigidez o temple o a la resistencia al rayado, la abrasin o al corte. La dureza de indentacin puede medirse por varias pruebas de dureza, como Brinell, Rockwell o microdureza y Vickers.El siguiente reporte tiene como objetivo fundamental aplicar el ensayo de dureza Brinell y Rocwell, para determinar la resistencia que ofrece una probeta de acero 1045 y otra de bronce centrifugado al ser indentado bajo una carga.El ensayo mecnico, estudiado en este informe es el ensayo de dureza, el cual consiste en imprimir una huella en la superficie de la muestra, esto con la finalidad de determinar la resistencia que ofrece el material a ser penetrado. Para la realizacin del ensayo de dureza se utilizaron dos tipos de ensayo diferentes, el ensayo de dureza Brinell y el ensayo de dureza Rockwell. El ensayo de dureza Brinell (DIN 50351) se elabor en la mquina universal de ensayos, a la cual se le instalo un penetrador de bola de 10 mm de dimetro, el procedimiento para realizar ensayo Brinell consiste en forzar el marcador contra la muestra, aplicando una carga constante de 3000 Kg durante un tiempo de 30 seg. Para poder determinar el nmero de Brinell es necesario medir el dimetro de la impresin de la huella. El dimetro de la impresin de la huella se mide por medio de microscopio que contiene una escala ocular. El nmero de Brinell (HB) es la razn de la carga en kilogramos al rea en milmetros cuadrados de impresin.

Ecuacin #1Donde L: carga de prueba, en kilogramos.D: dimetro de la bola, mmd: dimetro de la impresin, mm.

EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS Equipos:

Materiales:

Sustancias:

INFORME TECNICO DE ENSAYO DE DUREZAUNIVERSIDAD DE ORIENTELABORATORIO DE INGENIERA MECNICA IIINFORME TECNICOENSAYO DE DUREZA

ENSAYO BRINELL

MAQUINA UTILIZADA: MAQUINA PORTATIL DE DUREZA BRINELL CAPACIDAD DE LA MAQUINA:-APRECIACION DE LA MAQUINA:-TEMPERATURA DEL ENSAYO: AMBIENTEMATERIAL DE LA MUESTRA: ACERO 1040TIPO DE PENETRADOR: BOLA DE ACERO ENDURECIDODIAMETRO DE PENETRADOR: 10 mmCARGA APLICADA: 750 KgTIEMPO DE APLICACIN: INSTANTANEODIAMETRO DE LA HUELLA: 2,2 mmDUREZA DE LA MUESTRA: 195 HB

ENSAYO ROCKWELL

MAQUINA UTILIZADA: OTTO WOLPERT-WERKE (TESTER #T1a)MATERIAL DE LA MUESTRA: ACERO 1040SIMBOLO DE LA ESCALA: -TIPO DE PENETRADOR: BOLA DE ACERO ENDURECIDODIAMETRO DEL PENETRADOR: 1/16 Pulgadas = 1,5875 mmCARGA APLICADA:-DUREZA DE LA MUESTRA: 11 RB

Observaciones

Realizado por:

Revisado por:

Fecha:

RESULTADOS

Tabla # 1. Datos obtenidos de la probeta para el ensayo de dureza Brinell para el acero.

ProbetaDimetro del penetrador(mm)Carga P (Kg)Dimetro de la huella (mm)Tiempo (seg)

1107502.2Instantneo

Tabla # 2. Datos obtenidos de la probeta sometida a un ensayo de dureza Rockwell para el Acero.

PruebaCarga(Kg)Escala SmboloDimetro del penetradorRB

1100RB1/1610

2100RB1/1612

3100RB1/1611

Promedio11

Tabla # 3. Clculos de dureza Brinell a partir de la dimensin de la huella.

DimensinDureza Brinell experimental

rea(mm2)HB

3.801195

Tabla #4. Dureza Rockwell experimental de la probeta de Acero 1040.

Dureza Rockwell Promedio (RB)Dureza convertida a Brinell

1157

ANALISIS DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos en la prctica de dureza fueron los esperados, la probeta de acero 1040 soport las pruebas de dureza realizadas por los dos instrumentos utilizados. El penetrador de bola de la Mquina universal de ensayo de dureza Brinell le proporcion un dimetro de huella a la probeta de acero 1040, de 2,2 mm dando una dureza Brinell de 195 Kg./mm2. La dureza Brinell terica del acero 1040 es 217 Kg./mm2, lo que nos indica que la diferencia entre la dureza experimental y terica es poca, por lo tanto el ensayo de dureza Brinell es confiable. Esta diferencia se debe a los diversos errores ocurridos durante la realizacin de la prctica como lo fue en la medicin del dimetro de la huella de la probeta con el micrmetro ocular o en la manipulacin de la mquina para suministrar la carga, ya que es un equipo porttil y puede que la manipulacin por parte del operador no haya sido la correcta.

En el ensayo de dureza Rockwell la probeta obtuvo varias lecturas de dureza debido a que el durmetro utilizado no est en perfectas condiciones y nos proporcion valores muy extraos. El valor promedio de dureza Rockwell experimental es B-11. Y la dureza Rockwell terica del acero 1040 es B-115,8. Si relacionamos ambos valores notamos que la diferencia es grande; esto pudo ser por el error de medicin del durmetro y por los diferentes factores a que un experimentador est sometido en la prctica a elaborar, por ejemplo al realizar la lectura de la dureza en el durmetro.

La dureza obtenida en el ensayo Rockwell de la probeta de acero 1040 se convirti en Brinell mediante tablas de conversin, dando un valor 57HB que al compararlo con el valor terico notamos que la diferencia es poca, por lo tanto, nos indica que el ensayo de dureza Brinell es ms exacto que el Rockwell, ya que el valor experimental de dureza Brinell convertido a dureza Rockwell es ms prximo al valor terico que el valor experimental obtenido del ensayo de dureza Rockwell. Br. Gustavo Garca C.I:24.829.337

ANALISIS DE RESULTADOS

Como base para el anlisis de resultados, se tiene que la dureza terica del acero tratado, en este caso acero 1040, es 217 Kg/mm2. En el ensayo, la huella proporcionada por el penetrador esfrico de dureza Brinell tuvo una medida de 2.2 mm, el cual proporciona como dureza practica 195 Kg/mm2. Si se comparan, la diferencia no sale del rango de aceptabilidad, y la diferencia es referida a la medicin de huella y en la conversin de clculos; sin embargo, recordando que la mquina de ensayo es un equipo porttil, este no const de una base fija, si no de una manipulacin completa del operador, por lo que el operador jugo el rol principal a la hora de variacin en la medida, es decir en los errores.Para el anlisis en el ensayo Rockwell, se realizaron 3 medidas que posteriormente se promediaron y dieron como resultado una dureza de 11 en escala Rockwell B. Que al comparar con la dureza terica del acero 1040 en escala Rockwell B, 115.8, la diferencia es representada por una magnitud de gran escala. Dado a esta gran magnitud, se puede decir que la diferencia es debida al instrumento en cuanto a su falta de mantenimiento o calibracin, ms que al operador, ya que el rango de error del operador no es tan elevado, a menos que se deba una confusin a la hora de tomar la escala y esta debi haber sido Rockwell C, en vez de Rockwell B. Y si finalmente para observar cul de las dos escalas es ms exacta, primeramente se transforma la dureza Rockwell B a escala Brinell, y da un valor de 57HB, y al compararla con la dureza Brinell terica del acero y con la dureza Brinell prctica, esta se alej del valor terico, por lo que confiera que el ensayo Brinell en esta prctica fue ms exacto que el ensayo Rockwell, lo cual contradice la teora.Br. Carrero Pereira, Jos Miguel. C.I: 24 226 609

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones El ensayo de dureza por el mtodo Brinell es ms efectivo que por el mtodo de Rockwell La dureza Brinell de un acero 1040 tiene un valor aproximado a 195-217. El ensayo de dureza Brinell debe ser aplicado en materiales gruesos sin afectar sus caractersticas mecnicas. En el ensayo Brinell el dimetro de la huella debe ser menor que el dimetro del penetrador, para que al buscar el valor de dureza con la frmula resulte un valor real. El ensayo Rockwell es ms rpido que el ensayo Brinell ya que se lee directamente el valor de la dureza sin necesidad de realizar clculos.

Recomendaciones Se debe de asegurar que el penetrador de bola a utilizar est en ptimas condiciones, para as evitar errores en la medida. Se debe de limpiar la superficie de la probeta antes de realizar el ensayo. En el ensayo de dureza Rockwell el experimentador debe tener mucho cuidado en el momento de liberar la carga mediante el sistema de palanca, de lo contrario el durmetro proporcionara una lectura equivocada. Se debe repetir las pruebas de dureza varias veces para comparar los resultados y los observar los errores.Br. Gustavo Garca C.I:24.829.337Conclusiones

A mayor dimetro de la huella, la dureza del material ensayado es menor y a menor dimetro de la huella, la dureza ser mayor en cuanto al Brinell. La dureza nos da una idea general de las distintas propiedades mecnicas que posee el material ensayado que en conjunto con el porcentaje de carbono, se tiene por ejemplo el esfuerzo mximo. Los ensayos no se pueden realizar en superficies cilndricas o esfricas, y/o en espesores pequeos, ya que produce errores. La variacin en el error de la medida viene dado en su mayora por el operador y la falta de mantenimiento y calibracin de la mquina de ensayo universal a la hora de medir la huella en la pieza. La dureza del elemento penetrador debe ser mayor que el de la pieza a medir. Las huellas del ensayo Rockwell son ms pequeas que las del ensayo Brinell. Estticamente, el ensayo Rockwell afecta menos al material ensayado que el ensayo Brinell.

Recomendaciones

Se recomienda medir con exactitud el dimetro de la huella dejada en la probeta, ya que de esta depende el porcentaje de error en el clculo de la dureza Brinell. Para mayor exactitud el ensayo debe realizarse en superficies planas y de un espesor mnimo necesario. La mquina de ensayo universal debe estar calibrada y tener un mantenimiento controlado para una mejor penetracin de la pieza.

Br. Carrero Pereira, Jos Miguel. C.I: 24 226 609

BIBLIOGRAFA

APENDICESApndice A: Muestra de Clculos

Para la determinacin de la dureza Brinell, se utiliza la siguiente ecuacin:

Dnde:P: carga a utilizar medida enKgf.D: dimetro de la bola (Penetrador) medida en [mm].d: dimetro de la huella en superficie en [mm].

Al sustituir los valores nos queda que: