Informe de dureza

Ciencia e ingeniería de los materiales

Profesor: Jhon Jairo Olaya

Integrantes

Carlos Andrés Pinzón

Yesid Alirio Escobar

Juan Sebastián Santacoloma

Martin Rossi

FECHA

3 de diciembre del 2014

Introducción:

la dureza es una de las propiedades mecánicas más importantes por lo tanto su estudio y entendimiento acerca de dicha propiedad en los materiales resulta ser de gran importancia. La dureza generalmente se define como la oposición que ofrecen los materiales a deformaciones, estas deformaciones pueden ser producidas por abrasión, penetración, rallado, cortadura, deformaciones permanentes, entre otros.

En metalurgia es de vital importancia conocer la dureza de un material, para esto se procede a utilizar un durómetro la cual es una maquina utilizada exclusivamente a la medición del grado de dureza en un material.

Para ciertas aplicaciones en la industria es necesario un material duro como en las estructuras o los engranajes de ciertas maquinas, sin embargo en ocasiones es necesario obtener materiales blandos para su mecanizado. En los aceros se puede utilizar los tratamientos térmicos para cambiar el grado de dureza en un material lo que resulta muy útil para la obtención de ciertos tipos de piezas las cuales son de gran utilidad en la industria.

Para la medición de dureza existen diferentes escalas de mediciones los cuales se definen de acuerdo al tipo de material que se desea realizar la prueba, este tipo de prueba es mayormente utilizada en materiales metálicos, sin embargo es posible establecer este tipo de pruebas a otros tipos de materiales como los polímeros, los cerámicos o también los materiales compuestos.

A este tipo de pruebas se le suele llamar como ensayo de dureza y sus principales campos de acción son la industria minera, la industria mecánica, la industria química, la industria farmacéutica entre otros.

Marco Teórico:

Como se ha dicho anteriormente existen distintas escalas de dureza establecidas las cuales ahora serán explicadas

Escala de Mohs: Esta escala de dureza fue establecida por la relación de diez minerales ordenados por su dureza, esta escala fue propuesta por el geólogo alemán Friedrich Mohs en 1825 y se basa en el principio de que un material cualquiera puede rayar a otros más blandos, sin que suceda lo contrario. A continuación se anexara una imagen la cual explica mejor esta escala usada para medir dureza.

Imagen tomada de http://es.wikipedia.org/wiki/Escalas_de_dureza#Escala_de_Mohs

dureza Brinell: Este tipo de dureza es muy utilizada en la industria, se basa prácticamente un identador en forma de esfera fabricada principalmente con acero templado o carburo de wolframio, posee ciertas desventajas ya que no resulta muy exacta sin embargo esta prueba resulta muy sencilla de aplicar.

Imagen tomada de http://html.rincondelvago.com/dureza.html

Escala de Knoop:  Esta escala surge de una prueba de microdureza, un examen realizado para determinar la dureza mecánica especialmente de materiales muy quebradizos o láminas finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas para realizar la prueba.

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.

En la siguiente imagen se ve la relación entre la escala de Mohs y la escala de Knoop

Imagen tomada de http://es.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Knoop

Dureza Rockwell: El ensayo de dureza Rockwell es el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación

elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos un esfuerzo que varía desde 60 a 150 kg a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material.

Funcionamiento del durómetro: Para la medición de la dureza de materiales el

durómetro funciona de la siguiente manera: Una vez que se selecciona el material del cual se

quiere conocer la dureza se normaliza la fuerza que se le ha de aplicar a través de un

elemento penetrador, que también debe estar normalizado.

Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella que se obtenga de esta aplicación de

fuerza es como sabremos el grado de dureza del material.

Imagen tomada de http://www.directindustry.es/prod/elbo-eredi-bassi-araldo-sas/durometros- rockwell-mecanicos-53966-666063.html

Desarrollo experimental:

Durante el laboratorio de dureza realizado en la universidad nacional de Colombia se realizaron unos ensayos en un durómetro wolpert HT2000 con unos identadores rockwell C, rockwell A, y brinell 187,5 con 2,5 milímetros, estas pruebas fueron aplicadas sobre un acero de fundición gris, un aluminio y en cobre

Estos materiales ya habían sido tratados con anterioridad a la muestra por lo que ya tenían las caras relativamente planas, a cada muestra se le hicieron tres pruebas ya que la maquina tiene una probabilidad de error y los materiales no poseen la misma dureza durante toda su magnitud por lo tanto es necesario realizar varias pruebas para establecer un promedio.

Primer ensayo:

En este ensayo se seleccionó el material de una fundición gris, para esta prueba se usó un identador rockwell C a una fuerza de 150 kilogramos.

Al realizar los ensayos se consiguieron los siguientes datos

ensayo 1 48 rockwell C

ensayo 2 47 rockwell C

ensayo 3 48 rockwell C

ensayo 4 43 rockwell C

Con estos datos se llego a obtener un promedio de dureza de 46.5 rockwell C

Segundo Ensayo:

Para este ensayo se seleccionó un aluminio para realizar la prueba de dureza, como era un aluminio lo más conveniente era utilizar un identador rockwell A

Al igual de los datos anterior estos datos tienen un nivel de error por lo tanto se realizaron también 4 ensayos.

Una vez realizado los ensayos se obtuvo los siguientes datos

ensayo 1 25 rockwell A

ensayo 2 23 rockwell A

ensayo 3 25 rockwell A

ensayo 4 21 rockwell A

La toma de estos datos nos dio un promedio de dureza de 23.5 rotwell A

Tercer ensayo:

Para este ensayo se utilizo un cobre con un identador brinell de 2,5 milimetros

Con una fuerza de 187.5 kilogramos.

Como el dial del durómetro esta diseñado para identadores rockwell fue necesario llevar la muestra a un microscopio electrónico y con un software de medición medir los radios de las abolladuras generadas por las pruebas, estos radios se deben medir por lo general sobre el eje x y el eje y.

Estos fueron los datos que nos dieron los ensayos

x=1.95 mm y=1.95 mm

x=1.390 mm y=1,410 mm

x=1,430 mm y=1,400 mm

x=1,400 mm y=1,390 mm

Esto nos genero un promedio de x=1.4033 y un promedio de y=1.4167.

Con estos datos se procedía a revisar una tabla donde nos dan unos valores de dureza aproximados de 108 brinell

Aunque también esta una ecuación para obtener una mayor aproximación al valor real de la dureza la cual era

HBW= 2PπD ¿¿

Al remplazar los datos en esta ecuación obteníamos un grado de dureza de 108.48

Cuarto Ensayo:

El cuarto ensayo fue realizado con un acero 1020 con un identador rockwell B, igualmente se realizaron 4 pruebas los cuales nos dieron los siguientes datos.

ensayo 1 97 rockwell B

ensayo 2 98 rockwell B

ensayo 3 98 rockwell B

ensayo 4 97 rockwell B

En este ensayo obtuvimos un promedio de 97.5 rockwell B de dureza

Ensayo de micro dureza:

En este ensayo se procedía a utilizar un durómetro HUB con una carga de 500 gramos a 20 segundos , para este experimento se realizaron tan solo tres pruebas las cuales nos dieron estos datos

x=112.2 μm y=118.8 μm 73.9 HV

x=109.4 μm y=108.8 μm 77.9 HV

x=112.6 μm y=112.5 μm 73.3 HV

Con estos datos podemos sacar un promedio de 75.033 HV

Conclusiones:

La dureza es una de las propiedades mecánicas más útiles en la industria Existen muchos tipos de escalas y distintas formas de medir la dureza,

entre la más importantes para nuestras áreas son la escala rockwell y la escala briner

Es necesario tomar varios datos para reducir el margen de error ya que el material no posee la misma dureza en toda su superficie

Bibliografías:

[G. O. Young, “Synthetic structure of industrial plastics (Book style with paper title and editor),” in Plastics, 2nd ed. vol. 3, J. Peters,

Ed. New York: McGraw-Hill, 1964, pp. 15–64. [2] W.-K. Chen, Linear Networks and Systems (Book style).

Belmont, CA: Wadsworth, 1993, pp. 123–135.