Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera MecnicaInforme de laboratorio de ciencia de los materiales

Ensayo N1: ENSAYO DE DUREZA DE ROCKWELL Y DE VICKERSIntegrantes:

Hennry Anderson Zumaran Sanchez 20130203cMndez Valverde, Alexis Martin 20134142IProfesor: ING. JOSE LUIS SOSA.Seccin: EFecha: 23 de setiembre del 2013.

INDICECaratula 01ndice 02Objetivos 031. Mtodo Vickers 041.1 Descripcin de los equipos 051.2 Materiales 061.3 Descripcin del procedimiento 071.4 Datos obtenidos del laboratorio 081.5 Clculos y resultados 102. Mtodo Rockwell 122.1 Descripcin de los equipos 162.2 Materiales 17 2.3 Descripcin del procedimiento 182.4 Datos obtenidos del laboratorio 192.5 Clculos y resultados 203. Conclusiones, recomendaciones y observaciones 224. Cuestionario 255. Bibliografa 276. Anexos 28

OBJETIVOS

Entender el concepto de dureza.

Conocer y saber cmo realizar las mediciones respectivas con los equipos del laboratorio, para la aplicacin de los diferentes ensayos de micro dureza tanto de Rockwell como Vickers.

Comprobar la dureza de los materiales que se van a utilizar para tenerlos en cuenta en nuestra experiencia.

Identificar el tipo de ensayo que se debe aplicar y notar cul de ellos es el ms adecuado y fcil de comprobar.

Buscar, conocer y profundizar los conocimientos captados en clase sobre la dureza aplicando la propiedad mecnica de los materiales.

1.- MTODO VICKERSLa dureza Vickers es similar a la Brinell ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequea y el penetrador es un diamante en forma de pirmide, como se muestra en las figuras.

De esta manera el valor de dureza Vickers resulta:

Dado que se puede obtener una expresin en funcin de la diagonal d, la cual resulta:

Donde P: carga aplicada en N (1 mm)d: diagonal media de la huella en mm

1.1.- Descripcin de los equipos

Durmetro VickersMarca: LEITZ - WETZLAR Pas de fabricacin: AlemaniaRango de medicin: HV 10 - HV 2500

Prensa manual: para que las superficies de la probeta durante el ensayo estn totalmente paralelas y horizontales.

1.2.- Materiales: - Muestras de los materiales que se usaron para realizar el ensayo:

1: Aluminio2: Cobre3: Bronce4: Acero de bajo carbono5: Acero de medio carbono

1.3.- Descripcin del procedimiento

Para realizar el ensayo, primero se fija el material dado, con la ayuda de la prensa manual para asegurarnos que la muestra no este inclinada.Una vez posicionada aplicamos la carga, esta es aplicada por medio del movimiento de palancas que mueven la leva. Se mantiene la carga durante un cierto tiempo. . Luego de retirada la carga Se enfoca con el microscopio la huella a la vez que se levanta el diamante. La huella formada es muy pequea y sus bordes forman en la superficie ensayada un cuadrado cuyas diagonales se miden en una retcula graduada. El valor medio de las diagonales (d) y el valor de la carga se sustituyen en la frmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Vickers. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones ms.

1.4.- Datos obtenidos en el laboratorioBronce

Acero

Acero de bajo carbono

Cobre

Aluminio

1.5.- Clculos y resultadosPesa utilizada: 0.2Kg 200gPara calcular la dureza con el mtodo Vickers se utiliza la siguiente frmula:

MATERIAL() d1 () d2d (mm)Peso (Kg.)Dureza (HV)

ALUMINIO75780.07650.263.36

COBRE84840.0840.252.551

BRONCE43.5460.04480.2184.75

ACERO DE BAJO CARBONO53520.05250.2134.53

ACERO DE MEDIO CARBONO35360.0360.2286.1

MATERIAL vs DUREZA VICKERS

DUREZA HV

2.- METODO ROCKWELL

Rockwell como un mtodo de ensayo por identacin por el cual, con el uso de una mquina calibrada, se fuerza un identador cnico esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones especficas contra la superficie del material a ser ensayado, y se mide la profundidad permanente de la impresin bajo condiciones especficas de carga.

1. PENETRADOR DE DIAMANTE.- Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ngulo es de 120 0.5. La punta es un casquete esfrico con un radio de 0.2 mm. La forma del casquete y el valor del radio del penetrador tienen influencia importante en el valor de la dureza. Por lo cual es necesario comparar los resultados obtenidos con un penetrador patrn sobre piezas patrn de diferentes durezas.

1. PENETRADOR ESFRICO DE ACERO.- Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las escalas B, E y F. Consiste en un baln de acero templado y pulido, con un dimetro de 1.588 mm 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un dimetro de 3.175 mm 0.004 mm. Dicho baln debe estar pulido y no debe presentar defectos superficiales.

En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulacin en el penetrador de: polvo, tierra, grasa o capas de xidos, dado que esto afecta los resultados de la prueba.

Escalas de dureza Rockwell

Smbolo de la escalaPenetrador (pulgadas)Carga mayor (kg)Aplicaciones

ADiamante60Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.

BEsfera de 1/16 100Aceros recocidos y normalizados.

CDiamante150Aceros tratados trmicamente.

DDiamante100Aceros cementados.

EEsfera de 1/8 101Metales blandos y antifriccin.

FEsfera de 1/16 60Bronce recocido.

GEsfera de 1/16 150Bronce fosforoso y otros materiales.

HEsfera de 1/8 60Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.

KEsfera de 1/8 150Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

LEsfera de 60Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

MEsfera de 100Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

PEsfera de 150Metales duros con poca homogeneidad, fundicin de fierro

REsfera de 60Metales muy blandos

SEsfera de 100Metales muy blandos

VEsfera de 150Metales muy blandos

Escalas de dureza Rockwell superficial

Smbolo de la escalaPenetrador (pulgadas)Carga mayor (kg)Aplicaciones

15NDiamante15Aceros nitrurados, cementados y herramientas de gran dureza.

30NDiamante30Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

45NDiamante45Aplicaciones anlogas al tipo anterior.

15TBola de 1/16 15Bronce, latn y aceros blandos

30TBola de 1/16 30Bronce, latn y aceros blandos

45TBola de 1/16 45Bronce, latn y aceros blandos

15WBola de 1/8 15Bronce, latn y aceros blandos

30WBola de 1/830Bronce, latn y aceros blandos

45WBola de 1/8 45Bronce, latn y aceros blandos

Entre el nmero de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia: 1. 1.

2.1.- Descripcin de los equipos utilizados

Durmetro Rockwell analgicoMarca: WILSONModelo: 1 JRORango de medicin: 35HRB-120HRB

Cargas de ensayoPrecarga de 10Kgf carga total de 60, 100, 150Kgf

PantallaIndicador analgico

Aplicacin de fuerzaManual mediante palanca.

Ciclo de ensayoManual

Duracin de la cargaManualmente establecido mediante amortiguador de aceite.

PrecisinAcorde con las normas EN-ISO 6508 y ASTM E-18

2.2.- Materiales:

Muestras de los materiales que se usaron para realizar el ensayo:

1: Aluminio2: Cobre3: Bronce4: Acero de bajo carbono5: Acero de medio carbono

2.3.- Descripcin del procedimiento

Al comenzar con el ensayo se debe verificar la posicin de la manivela para poder realizar el ensayo y evitar que el esfuerzo de carga P se transmita antes. Luego colocamos el penetrador (bola), y en seguida calibramos mquina para despus colocar el material sobre el plato y lo desplazamos hacia arriba girando el volante hasta que tenga contacto con el penetrador (hasta que la manecilla del medidor marque cero), luego se aplica la carga principal para sostener la carga total durante algn tiempo. Luego de retirada la carga principal y mantenido la previa, se observa en la escala correspondiente el tipo de indentador, el valor de la dureza Rockwell, calculado automticamente por la mquina. En las mismas condiciones se realizan varias indentaciones ms.Este procedimiento la realizamos para todos los materiales que vamos a medir en el ensayo y los resultados los apuntaremos en nuestra hoja de datos.

2.4.- Datos obtenidos del laboratorio

1. Tipo de prueba : Normal1. Tipo y tamao del penetrador : Bola de 1/161. Cargas utilizadas : 60Kg y 100Kg1. Escalas: F,B y H

MaterialEscalaCarga(Kg)1 Medicin2 MedicinPromedio (HRF,HRB y HRH)

AluminioH6068 7672

CobreH60 536056.5

BronceB60616161

Acero de bajo carbonoF1009710098.5

Acero de medio carbonoB10096 9796.5

2.4.- Clculos y resultados

1 Medicin + 2medicin = PROMEDIO (HRF, HRB y HRH) . 2

Se procede a calcular la profundidad de penetracin hecha por cada material, mediante la siguiente frmula:

PROFUNDIDAD DE PENETRACIN

MaterialDureza promedio (HRF Y HRB)Profundidad de penetracinResultado (mm)

Aluminio 72 (130-72)x0.0020.116

Cobre56.5 (130-56.5)x0.0020.147

Bronce 61 (130-61)x0.0020.138

Acero de bajo carbono98.5 (130-98.5)x0.0020.063

Acero de medio . carbono96.5 (130-96.5)x0.0020.067

MATERIAL vs PENETRACINPROFUNDIDAD DE PENETRACIN (mm)

Grfica 1: Comparacin entre profundidad de materiales

3.- CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES

*Observaciones1. Una buena calibracin de la maquina al inicio y al final de una serie de ensayos en la escala deseada a medir.1. Durante el ensayo de dureza Rockwell comprobar que la carga est aplicada correctamente en 3 o 10 Kg.1. Una vez aplicada la carga se verifica que las agujas estn verticalmente y se suelta la carga lentamente en un intervalo de tiempo.1. La profundidad hallada en el ensayo Rockwell, indica menos dureza para el material.1. Los durmetros deben indicar inicio cero antes de realizar una experiencia.1. Se debe tener mucha precisin en el manejo de los equipos para as poder obtener un porcentaje de error relativamente aceptable.1. Los resultados obtenidos se rigen a partir de los errores cometidos tanto por nosotros al momento de medir, as como el estado de las mquinas de ensayo; es por eso que debemos de tener cuidado al momento de medir y considerar mrgenes de error y con una incertidumbre de medida confiable.

* Recomendaciones1. Tener presente las recomendaciones del profesor de laboratorio, as como tambin haber ya investigado y ledo libros que traten sobre ensayos de medida de dureza, tener presente las normas que regularizan dichos ensayos.1. El penetrador debe de estar ubicado correctamente para evitar ralladuras con la superficie pulida de las probetas, as como tener un campo visual que nos permita medir de forma correcta las diagonales.1. Siempre asegurarse que el penetrador este de forma perpendicular con la superficie de la probeta.1. Al observar con el microscopio en el ensayo de dureza Vickers se debe verificar cuidadosamente que la diagonal con la lnea sean paralelas.1. Utilizar un patrn para los durmetros, de este modo se verifica que est funcionando correctamente.1. Asegurarnos adecuadamente que los materiales estn en perfectas condiciones, es decir limpios de impurezas, correctamente pulidos, lijados con el fin de que la superficie sea plana, lo que nos muestra un resultado aproximado a las medidas tericas y por lo cual al resultado certero de dureza.1. Para reducir la incertidumbre de error, es correcto medir varias veces y sacar un promedio de los resultados, as obteniendo una mejor claridad de clculo.1. Se debe considerar en cada ensayo un tiempo de reposo de la carga para su estabilidad y su aplicacin final, as estando en los mrgenes de 10 a 15 segundos.

* Conclusiones1. En la prctica y segn los resultados obtenidos en cada una de las pruebas de dureza, se observa que el aluminio favorece a los ingenieros debido a sus propiedades de resistencia y en bajo peso debido a que es liviano.1. Los materiales que presentan carbono, tienen la proporcionalidad directa de dureza con la cantidad y/o porcentaje de la misma en su composicin; es as que el carbono nos brinda tanto dureza, como tambin poseer un bajo peso. 1. En la ingeniera sobre todo, si se desea obtener materiales con propiedades deseadas (resistencia, dureza, liviandad, etc.) la forma de mejorar estas propiedades es realizando diversas formas de aleacin y controlndolas en ciertos grados de porcentaje de cada material realizado en el ensayo.1. En general se trata de determinar bajo ensayos mecnicos, los materiales que seran favorables para cada fin til que pueda darle la ingeniera, aprovechando tanto las propiedades individuales as como unindolas en formas de aleacin, y mejorndolas para optimizar un buen proyecto con la seguridad que se desea obtener en la mecnica por parte de los materiales, sobretodo de los metales en la construccin y/o elaboracin de mquinas.1. Las pruebas realizadas son en cierta medida favorables en la obtencin de resultados, ya que nos brindan una idea de las propiedades mecnicas de los materiales y por ende son confiables en la forma de medir la dureza mediante los ensayos de Vickers y Rockwell.

CUESTIONARIO

Se puede medir la dureza en una superficie curva con el Mtodo Rockwell?

Cuando se mide la dureza sobre una superficie curva, el radio de curvatura no debe ser menor de 25mm. Cuando sea necesario hacer mediciones sobre superficie con un radio de curvatura menor se usan factores de correccin como los que aparecen en la norma ASTM E18. El nmero de dureza determinado por penetracin en una superficie curva es errneo debido a la forma de la superficie.

Qu condiciones debe cumplir la superficie cuando se realiza una medicin de dureza Rockwell? Y en el caso Vickers?Para el caso Rockwell La preparacin del material bajo prueba debe controlarse cuidadosamente para evitar cualquier alteracin en su dureza, tal como la que puede ser causada por calentamiento durante el esmerilado o por endurecimiento durante operaciones de maquinado y pulido. La superficie de prueba de la probeta debe ser tal que la carga pueda aplicarse perpendicular a ella. L a superficie debe estar limpia, seca, libre de xido, porosidades y material extrao que pudiera aplastarse o fluir abajo la presin de la prueba y afectar los resultados.Para el caso Vickers la superficie de la probeta debe prepararse de tal manera que se definan claramente los extremos de las diagonales y puedan medirse. Al preparar la probeta debe tenerse cuidado de no revenir la superficie durante el rectificado de la misma o de no endurecerla por trabajo mecnico durante el pulido.

Segn la NTP cul debe ser la separacin entre huellas para el caso Rockwell, Y segn la norma ASTM, de cunto debe ser?La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta o a la orilla de otra huella debe ser cuando menos tres veces el dimetro de la misma.Cul ser la penetracin de la bola cuando se tiene una dureza de 75 HRB?

BIBLIOGRAFA

1. Carl Keyser . Tcnicas de Laboratorio para Pruebas de Materiales. Editorial LIMUSA-WILEY, S.A 1972.Experimento 4. Pgs.35-39

1. Zolotorevski, V. Pruebas Mecnicas y Propiedades de los Metales. Editorial Mir Mosc 1976. CAP VII. Pgs.233-235

1. William. F. Smith Java Dhashems . Fundamentos de Ciencias e Ingeniera de los Materiales. Mc Graw- Hill Interamericana Ediciones.S.A DE C.V Cap.6 , Pag.227

1. Normas ASTM y NTP

WEBGRAFIA

1. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/Dur%C3%B3metro_Rockwell.jpg

1. http://html.rincondelvago.com/durezas-rockwell-brinell-y-vickers.html

ANEXO

EL DUROMETROUn durmetro es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medicin.Los ms utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, tambin normalizado, que produce una huella sobre el material. En funcin del grado de profundidad o tamao de la huella, obtendremos la dureza.

Funcionamiento del durmetroPara la medicin de la dureza de materiales el durmetro 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 travs de un elemento penetrador, que tambin debe estar normalizado. Dependiendo de la profundidad o tamao de la huella que se obtenga de esta aplicacin de fuerza es como sabremos el grado de dureza del material.

Usos y aplicaciones del durmetroEl uso ms comn del durmetro en la industria farmacutica es la medicin de la resistencia y dureza de pastillas y cpsulas para verificar que puedan resistir el proceso de produccin, empaque, distribucin y venta.En industrias como la de la construccin y la del metal se trata de medir la dureza y resistencia de los materiales con los que se ha de construir para garantizar que cumplen con determinados estndares de seguridad y calidad.