UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ENSAYO DE DUREZA

CIENCIA DE LOS MATERIALES-MC 112

Profesor: Ing. Gutiérrez Jave

Sección: E

Integrantes: Firma

o Neyra-Kunkel-Cristhian Jesus …………………………

o Quispe-Sosa-Pablo Baldomino …………………………

o Gutierrez-Yangali-Tomas Damas ..…….…………………

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Índice

I. Introducción....................................................03

II. Objetivos........................................................04

III. Fundamento Teórico......................................04

IV. Ensayo de Dureza..........................................07

V. Cálculos y Resultados....................................14

VI. Conclusiones..................................................22

VII. Recomendaciones.........................................23

VIII. Bibliografía.....................................................24

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3

INTRODUCCIÓNCuando observamos un materiales nos percatamos inicialmente de sus características más visibles inicialmente; sin embargo, existen otras características como la dureza. En el siguiente informe, presentaremos los instrumentos con los que se calculó los datos necesarios y los procedimientos que se llevaron a cabo para calcular la dureza de diferentes materiales y a su vez en diferentes escalas.

II. OBJETIVOS

1. Aprender a calcular las durezas de un determinado material por los

distintos métodos de dureza.

2. Conocer las distintas maquinas que se emplean para hallar la dureza

de los materiales.

3. Conocer las escalas que cada una de estos métodos de dureza.

4. Saber reconocer que método de dureza es más conveniente para

determinado material.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Dureza

Entre las muchas propiedades que presentan los materiales una de las más importantes viene a ser la dureza. Esta propiedad se define como la resistencia del material a dejarse realizar alguna deformación permanente en su superficie, bajo la acción de una carga determinada.

También puede ser definida como la resistencia ofrecida por un material a ser rayado, penetrado, erosionado, desgastado realizado por otro que actúa en su superficie.

La dureza que se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración puede determinarse tomando como base varios procedimientos de resultado comparables.

Fig.1: Durómetro

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En la actualidad las escalas de uso industrial para calcular la dureza de un material se calculan mediante ensayos y se clasifican en:

a) Ensayo Rockwell: En este ensayo se utiliza como punta un cono de diamante que perime que la medición sea directa y por lo tanto es la escala más extendida. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

b) Ensayo Vickers: Emplea un diamante con forma piramidal cuadrangular como penetrador. Para materiales blandos los ensayos Vickers coinciden con los ensayos de Brinnell.

c) Ensayo Knoop: 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.

d) Ensayo Leeb: Un cuerpo de impacto con una punta de prueba de metal duro es propulsado contra la superficie de la pieza de prueba por medio de una fuerza elástica.

e) Ensayo Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. Se aplica para el control de calidad.

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Fig. 2: Tabla comparativa entre diferentes escalas de dureza.

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IV. ENSAYO DE DUREZA

IV.1. Maquinas Empleadas:

Relación de máquinas usadas para hallar las durezas de cada material ensayado:

a) Durómetro Rockwell:

-Marca Wilson; Modelo Nº 1 JR 0

-Máxima separación vertical: 3-1/4”

-Escalas Rockwell de trabajo:

-A, B, C , D, E, F, G, H, K 

-Profundidad de la garganta: 5-1/4”

-Dimensiones promedio: 13" x 20" x 24" Alto

-Procedencia: Estados Unidos de América

Escala | Penetrador | Pre-carga | Carga

completa | Dial |B | 1/16" | 10kgf | 100kgf |

Rojo |

C | Brale | 10kgf | 150kgf | Negro |

A | Brale | 10kgf | 60kgf | Negro |

D | Brale | 10kgf | 100kgf | Negro |

E | 1/8" | 10kgf | 100kgf | Rojo |

F | 1/16"| 10kgf | 60kgf | Rojo |

G | 1/16" | 10kgf | 150kgf | Rojo |

H | 1/8" | 10kgf | 60kgf | Rojo |

K | 1/8" | 10kgf | 150kgf | Rojo |

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b) Durómetro Rockwell Digital:

Marca: Mitutoyo

Modelo: ATK-F1000

Número de serie: 371395

Procedencia: Japón

Código: 810-251D

c) Durómetro Shore:

Durómetro con martillo de rebote:

Marca: Elcomenter

N° de divisiones: 140 divisiones

Masa del martillo: 2.36 g

d) Durómetro Portátil:

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Marca: MITUTOYO

Procedencia: Japón

Serie 811

Shore A:

-N°811-331

-Geometría de la punta: troncocónica

-Superficie tronco de cono: Diámetro 0.79 mm

-Cara de apoyo: Diámetro 18 mm

-Peso: 320 g

Shore D:

-N° 811-331

-Geometría de la punta: Cónica

-Radio de la punta: 0.1±0.012 mm

-Cara de apoyo: Diámetro 18 mm

-Peso: 320 g

e) Durómetro LEEB portátil:

-Dispositivo de impacto: Sonda externa D (estándar)

-Parámetros de dureza: HL (LEEB), HRB (Rockwell), HRC (Rockwell), HV (Vickers), HB (Brinell), HS (Shore)

-Tolerancia: 0.5% a 800 HLD

-Funciones: Auto reconocimientos de sonda conectada y dirección de

-Ensayo, auto-conversión a otras escalas de durezas

-Impresora: Impresora térmica muestra todos los resultados de ensayo,

configuración e histogramas

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-Valor de dureza máxima de la muestra: 940HV-1000HV

-Radio de la muestra (convexa/ cóncava): Rmin = 50 mm (con anillo de apoyo Rmin= 10 mm

-Peso mínimo de la muestra: 2-5kg sobre soporte estable

0.05-2kg con acoplamiento compacto excepto con sonda G y C

-Espesor mínimo de la muestra acoplada: 5 mm (excepto con dispositivo impacto G: 10 mm, C: 1 mm)

-Profundidad mínima de la dureza de la muestra: 0.8 mm, excepto con sonda C 0.2mm y G 1.2mm

f) Durómetro Vickers:

-Marca: Leitz Wetzlar

-Modelo: EL110-14-I

-Procedencia: Alemania

-Indentadores: Pirámide de

diamante de base cuadrada

-Cargas: ± 0,5g, 25, 50, 100, 200,

300, 500 g |

-Objetivos: 10x, 50x

-Magnificación: 100x, 500x

-Tamaño de la plataforma: X axis

135mm, Y axis 135mm

-Desplazamiento de la plataforma:

X axis 25mm, Y axis 25mm

-Altura máxima de prueba:

100mm aprox.

IV.2. Procedimiento

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a) Ensayo Rockwell

Para calcular la dureza en esta escala se midió mediante un durómetro Rockwell el cual tiene como punta un cono de diamante o acero dependiendo del caso.

La dureza se obtiene por medición directa seleccionándose la escala de designación y la carga.

b) Ensayo Shore:

Mediante este método la dureza se mide por la altura alcanzada en el rebote de un cuerpo al caer desde una altura fija sobre la superficie del material que se ensaya.

En el laboratorio se halló la dureza medida en tres diferentes puntos de cada material con solo poner sobre el material el durómetro shore, este automáticamente nos da el valor.y presionar para que caiga el martillo, al rebotar el martillo se queda retenido en la parte más alta.

c) Ensayo Leeb

La dureza en esta escala se midió con un dispositivo, un cuerpo de impacto con una punta de metal duro es propulsado sobre la superficie del material por medio de una fuerza del resorte.

Con solo poner este dispositivo sobre el material y cargarlo deslizando el tubo de carga hacia adelante, presionar el disparador. Instantáneamente se mostrara el valor de la dureza.

d) Ensayo Vickers

En este ensayo se calculo la dureza en función de la medida de la longitud de las diagonales de la huella. Puesto que se puede calcular la superficie de la huella con las diagonales . Este método emplea un penetrador de diamante con forma de pirámide cuadrangular.

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V. CÁLCULOS Y RESULTADOS

1. Tabulación y cálculo de la profundidad de penetración para cada

material ensayado con el método Rockwell

Aluminio Acero SAE 1020f1=(130-92.6)x 0.002mm=0.0748mm

f1=(130-82.6)x 0.002mm=0.0948mm

f2=(130-91.8)x 0.002mm=0.0764mm

f2=(130-91.8)x 0.002mm=0.0764mm

f3=(130-91.4)x 0.002mm=0.0772mm

f3=(130-86.2)x 0.002mm=0.0876mm

fprom=0.0761mm fprom=0.0862mmCobre recocido Acero SAE 1045

f1=(130-35)x 0.002mm=0.19mmf1=(130-96.2)x 0.002mm=0.0676mm

f2=(130-36.9)x 0.002mm=0.1862mm

f2=(130-96.9)x 0.002mm=0.0662mm

f3=(130-35.5)x 0.002mm=0.189mm f3=(130-97.5)x 0.002mm=0.065mmfprom=0.1884mm fprom=0.663mmBronce trefilado Acero Sambí C45f1=(130-80.2)x 0.002mm=0.0996mm

f1=(100-63.3)x 0.002mm=0.0734mm

f2=(130-80.8)x 0.002mm=0.0984mm

f2=(100-65.3)x 0.002mm=0.0694mm

f3=(130-81.1)x 0.002mm=0.0978mm

f3=(100-66.4)x 0.002mm=0.0672mm

fprom=0.0986mm fprom=0.0700mmHierro Modular Cobre trefilado-sin recocerf1=(130-87.2)x 0.002mm=0.0856mm

f1=(130-91.3)x 0.002mm=0.0774mm

f2=(130-89.6)x 0.002mm=0.0808mm

f2=(130-91.2)x 0.002mm=0.0776mm

f3=(130-89.9)x 0.002mm=0.0802mm f3=(130-90.5)x 0.002mm=0.079mmfprom=0.0822mm fprom=0.0780mm

12

0.01

0.03

0.05

0.07

0.09

0.11

Profundidad de penetraciónPr

ofun

dida

d (m

m)

2. Llevar todas la durezas promedio Rockwell de los materiales

ensayados a una sola escala – escala B(C)

Dureza Rockwell-Escala BAluminioHRB 62Cobre recocidoHRB 0( Valor Arbitrario- No recomendado)Bronce trefiladoHRB 80.7Acero SAE 1020HRB 85.07Acero SAE 1045HRB 96.867Acero Sambí C45 HRB 135.7 (Valor arbitrario-No recomendado)Hierro ModularHRB 88.9Cobre trefilado-sin recocerHRB 60

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3. Con los valores de una sola escala Rockwell hacer las comparaciones

gráficas, mediante grafico de barras para los materiales medidos con

este método.

10

30

50

70

90

110

130

150

Dureza Rockweel-Escala B

HRB

4. Calcular las durezas con el método de vickers y tabular para los

materiales medidos con este método.

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Sabemos que HV=1.854 P/d2

P= 0.2 Kg

Analizando para el cobre

D promedio 1=62.75 um

HV=1.854x0.2 / (62.75 x10´-3)2

HV=94.16HV

HV=94HV

Para D promedio 2 =63.5 um

HV=92 HV

Para D promedio 3 =62.5 um

HV=95HV

Promediando Dureza vickers del cobre = 94HV

Análogamente para el resto de materiales

MATERIAL HV

cobre 94

acero sambi 950

acero SAE 1020 148

acero sae 1045 232

aluminio 63

bronce 148

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5. Hacer la comparación por grafico de barras de los materiales

ensayados con el método vickers.

cobre acero sambi

acero SAE 1020

acero sae 1045

aluminio bronce0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Dur

eza

vick

ers

HV

6. Tabular la dureza shore y hacer el grafico de barras de colaboración

Material Shore ACaucho 49.4Neopreno 77

Caucho Neopreno 0

1020304050607080

Series1

Dur

eza

Shor

e A

Material Shore AHDP 66.8

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7. Tabular las durezas Leeb y hacer gráfico de barras de comparación.

Material DurezaAcero A36 456HL

Bronce Trefilado 251HL

Acero A36 Bronce Trefilado0

100

200

300

400

500

Du

reza

Lee

b H

L

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VI. CONCLUSIONES

1. En el ensayo Vickers se concluye que la huella hecha por el marcador

punta de diamante piramidal varía en proporción de la aplicación de la

carga y la longitud de la diagonal del cuadrado de la impresión. El

tamaño de la huella hecha por el marcador depende de la dureza del

material, es decir a mayor huella, la dureza es menor, a menor huella la

dureza es mayor, lo cual queda ampliamente demostrado con los

ensayos realizados en esta práctica.

2. En el ensayo Rockweel es uno de los más utilizados, porque no

constituye una gran pérdida de material, incluso es posible reutilizar la

pieza. El ensayo es fácil de llevar acabo, porque no implica mayores

cálculos matemáticos y el resultado de cada ensayo se obtiene

directamente de la pantalla digital de la máquina usada.

3. El ensayo Rockweel es de amplia aplicación pues se puede utilizar tanto

en materiales duros como blandos.

4. El ensayo Shore solo realiza a polímeros rígidos y blandos como lo son

caucho, neopreno, etc.

5. El ensayo Brinell se puede concluir de que solo se puede hacer a

materiales con durezas baja dureza ya que la bola de la máquina puede

deformarse

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VII. RECOMENDACIONES

Se debe venir al laboratorio con pantalones largos que no sean

materiales sintéticos.

No venir con polos o casacas de materiales sintéticos.

No manejar cualquier herramienta o maquina sin la supervisión del

profesor de curso o el técnico encargado de la experiencia.

Usar los implementos de seguridad en los ensayos que sean

requeridos

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VIII. BIBLIOGRAFÍA

• Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales" (I, II) W.D. CALLISTER, Jr., Editorial Reverté, S.A., (2003).

• Ciencia e Ingeniería de los Materiales. D. R. ASKELAND, Editorial Paraninfo- Thomson Learning, (2001).

• Ciencia e Ingeniería de los Materiales. W. F. SMITH, Editorial: McGraw-Hill, (2007).

• Manual de ensayos de dureza.ING.E.E.GUTIERREZ jave

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