ABNT NBR NM ISO 6508-1 [Ensaio de Dureza Rockwell - Métodos de Ensaio]
Dureza de Rockwell
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Dureza de Rockwell 24-05-2012
UCA-ME-Laboratorio de Ciencias de los Materiales 02-2012
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DUREZA DE ROCKWELL
AUTORES
Carlos Enrique Zelaya Echeverría 00026511, Joaquín Ernesto Villalobos Arriaga 00000410
Universidad Centroamericana José Simeón Cañas
Ciencias de los Materiales
Correos Electrónicos: [email protected]; [email protected]
COORDINADOR
Ing. Manuel Pineda
INSTRUCTORES:
José Ricardo Durán Aguilar
Víctor Enrique Dimas Valle
Grupo de Laboratorio:
07B
Resumen
En el presente trabajo se pretende aprender a determinar la dureza por medio del método de Rockwell para diferentes
tipos de materiales, así como la comprensión de cómo y cuándo usar cada tipo de escala, según el material, la carga
necesaria para cada escala y el indentador requerido. En el trabajo se hablará de la dureza como la resistencia que tiene
un material a ser deformado plásticamente. Para la realización de la práctica se usó el equipo de laboratorio y diferentes
materiales ferrosos y no ferrosos a los que se les determinó la dureza por medio de diferentes escalas.
Objetivos
Determinación de la dureza Rockwell en muestras de diferentes metales.
Aprender a seleccionar las diversas escalas de dureza Rockwell, de los materiales utilizados en la práctica.
Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir las diversas escalas de dureza.
Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir los valores de dureza en valores de resistencia mecánica.
1. Introducción Teórica
Se entiende por dureza, la propiedad de la capa
superficial de un material de resistir la deformación
elástica, plástica y destrucción, en presencia de
esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo,
más duro, el cual no sufre deformaciones residuales de
determinada forma y dimensiones. (Trujillo, 2009,
pág.2)
El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya
que no destruye la muestra y particularmente útil para
evaluar propiedades de los diferentes componentes
micros estructurales del material. (Kehl, George, 2007)
Los métodos existentes para la medición de la dureza se
distinguen básicamente por la forma de la herramienta
empleada (penetrador), por las condiciones de
aplicación de la carga y por la propia forma de calcular
(definir) la dureza. La elección del método para
determinar la dureza depende de factores tales como
tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.
(Kehl, George, 2007)
Dureza Brinell
Una bola penetradora de cierto diámetro D, es
presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando
una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la
penetración en el material (d) es medida después que la
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fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación
inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo
de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos (Kehl,
George, 2007)
El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la
fuerza del Test por el área del casquete esférico
grabado por el penetrador y el diámetro de la huella
impresa en la pieza de prueba. (Kehl, George, 2007)
Dureza Vickers
Este método es muy difundido ya que permite medir
dureza en prácticamente todos los materiales metálicos
independientemente del estado en que se encuentren y
de su espesor. (Kehl, George, 2007)
El procedimiento emplea un penetrador de diamante en
forma de pirámide de base cuadrada.
Tal penetrador es aplicado, bajo la acción de una
carga P mantenida durante un cierto tiempo, después
del cual es retirada y medida las diagonales del rombo
de la impresión que quedó sobre la superficie de la
muestra. (Kehl, George, 2007)
Dureza Rockwell
El método se basa en la medición de la profundidad de
penetración de una determinada herramienta bajo la
acción de una carga prefijada.
El número de dureza Rockwell (HR) se mide en
unidades convencionales y es igual al tamaño de la
penetración sobre cargas determinadas. El método
puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos
esferas de acero templado de diferentes diámetros o
conos de diamante. (Kehl, George, 2007)
Una de las escalas establecidas para la medición de la
dureza es la escala de dureza Rockwell o ensayo de
dureza Rockwell. El ensayo de dureza Rockwell
constituye el método más usado para medir la dureza
debido a que es muy simple de llevar a cabo y no
requiere conocimientos especiales. Esta escala posee
varias sub-escalas que provienen de la utilización de
distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo
cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o
aleación (Askeland, 2005, pág. 184)
Hay dos tipos de penetradores: bolas esféricas de acero
endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2
in. Y un penetrador cónico de diamante con un ángulo
de 120º, el cual se utiliza para los materiales más duros.
(Askeland, 2005, pág. 184)
Para determinar la dureza en escala Rockwell se utiliza
el durómetro de Rockwell, este aparato mide la dureza
de los materiales aplicando una fuerza normalizada
sobre un elemento penetrador, también normalizado, el
cual produce una huella sobre el material. Así, en
función del grado de profundidad o tamaño de la huella,
se obtiene la dureza. (WB1226, 2004, pág.2)
2. Materiales y Metodología
2.1 Materiales y Equipo
2.1.1 Materiales
1- Máquina automática digital LECO LR
100-RD para medir la dureza de Rockwell
y todos sus instrumentos
2- Muestra de aluminio aleado
3- Muestra de acero de herramienta A2 con
tratamiento térmico
4- Muestra de acero de herramienta A2 sin
tratamiento térmico
5- Muestra de bronce al aluminio fundido
6- Muestra de acero de herramienta O1
7- Indentador cilíndrico
8- Indentador de forma de diamante
2.1.2 Sobre el equipo
Acero herramienta tipo A2
Este acero tiene buena tenacidad, así como resistencia
al desgaste. Maquinabilidad buena.
Se emplea para fabricar punzones, cuchillas y
herramientas de prensa que requieran de buena
resistencia al desgaste.
Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni =
0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%
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Acero herramienta tipo O1 o acero inoxidable
En metalurgia, el acero inoxidable se define como una
aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo
contenido en masa.
es un acero de elevada pureza y resistente a la
corrosión, dado que el cromo, u otros metales que
contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y
reacciona con él formando una capa pasivadora,
evitando así la corrosión del hierro Sin embargo, esta
capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando
lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por
mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas.
Algunos tipos de acero inoxidable contienen además
otros elementos aleantes; los principales son el níquel y
el molibdeno.
Aluminio
La utilización industrial del aluminio ha hecho de este
metal uno de los más importantes, tanto en cantidad
como en variedad de usos, siendo hoy un material
polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy
diversos y que resulta estratégico en situaciones de
conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el
hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado
con otros metales o en compuestos no metálicos. En
estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para
fabricar espejos domésticos e industriales, como
pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso
más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que
consiste en láminas de material con un espesor tan
pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por
tanto para embalaje alimentario. También se usa en la
fabricación de latas. Por sus propiedades eléctricas es
un buen conductor, capaz de competir en coste y
prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual
longitud y masa, el conductor de aluminio tiene más
conductividad, resulta un componente útil para
utilidades donde el exceso de peso resulta oneroso.
Bronce
Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en
la que el primero constituye su base y el segundo
aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento. El
bronce fue la primera aleación de importancia obtenida
por el hombre y da su nombre al período prehistórico
conocido como Edad del bronce. Durante milenios fue
la aleación básica para la fabricación de armas y
utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han
utilizado en joyería, medallas y escultura. Cabe
destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partes
mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en
instrumentos musicales de buena calidad como
campanas, gongs, platillos de acompañamiento,
saxofones, y en la fabricación de cuerdas de pianos,
arpas y guitarras.
Identadores
Identador de diamante
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El Identador de diamante debe ser un cono con punta
esférica altamente pulido.
El ángulo debe ser de 120° 30´. El diamante se
utiliza para medir dureza de metales demasiados duros.
Identador de bola de 1/8 de acero
Sirve para medir metales más blandos como el
aluminio, bronce, etc.
Leco, modelo LR 100-RD
Es un equipo para medir la dureza de un metal, es
automático, tiene todos lo sufijos relacionados con sus
cargas. El determina automáticamente la fuerza según
la profundidad q logra alcanzar con el Identador.
2.2 Metodología
Primero se seleccionaron las muestras que iban a ser
tomadas para determinar su dureza, eran dos materiales
no ferrosos y tres ferrosos. Las diferentes mediciones se
realizaron con una máquina automática digital LECO
LR 100-RD para medir la dureza de Rockwell, con dos
diferentes indentadores dependientes de la dureza del
metal a conocerle la dureza en macro escala.
La primera muestra tomada fue la del aluminio aleado
con una escala HRB, con su respectivo indentador: una
esfera de acero de 1/16’’ de diámetro y una carga con
valor de 100. Con la máquina se hizo girar el pistón,
hasta una altura donde ésta comenzó a hacer la cuenta
de la dureza, en un punto en que una luz verde indicaba
el set, a un número aproximadamente de 290, que es un
valor predeterminado por la máquina, y luego la
máquina mostró el valor de dureza calculado, y se tomo
nota.
Luego de esto, se tomó otra muestra no ferrosa, la placa
de bronce, probando primero con una escala HRB, pero
al hacer el procedimiento anterior, la máquina otorgó
un numero negativo, esto no se puede tomar en cuenta
y se cambió la escala, el indentador sigue siendo el
mismo que en el anterior; solo que esta vez se utilizó
para la medición la escala HRF, con carga de 60; ésta
sirve para aleaciones de cobre recocido y laminas finas
de metales blandos.
Luego, se realizó la medición de dureza a la muestra de
acero de herramienta A2 con un tratamiento térmico no
adecuado, se utilizó la escala HRC, para lo cual se
cambió de indentador, y se puso en la máquina el cono
de diamante con ángulo de 120°, que soporta una carga
de 150.
Luego se realizó la medición del mismo acero de
herramienta A2 pero esta vez con tratamiento térmico
adecuado, y se utilizó la misma escala HRC, 150 con
una carga de 150, con el mismo indentador que la
muestra anterior.
La última muestra, que es la del acero de herramienta
tipo O1 en forma de cilindro, se midió en la escala
HRC de Rockwell, con una carga de 150 y se utiliza el
mismo indentador de las dos muestras anteriores.
3. Resultados y Discusión
*Para pasar de valor de dureza Rockwell de un acero
curvo a Vickers se le suma 0.5 al promedio de
Rockwell y después se interpola.
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Acero Tipo de
acero
Sufi
jo
Valor de
dureza
Rockwell
Valor
en
Vicke
rs
Acero
herramie
nta N° 1
A2 con
tratamie
nto
térmico
adecuad
o
HR
C
Prueba:
1. 33.4
2. 33.0
3. 34.0
Promedio
33.46
331.14
Acero
herramie
nta N°2
A2 con
tratamie
nto
térmico
no
adecuad
o
HR
C
Prueba:
1. 11.8
2. 11.1
3. 12.0
Promedio
11.63
91.815
Acero
herramie
nta
N°3
O1 HR
C
Prueba:
1. 43.3
2. 46.9
3. 44.4
Promedio
44.86+0.5=44.
91
444.92
Bronce
fundido
No
ferroso
HRF Prueba:
1. 55.2
2. 53.0
3. 55.2
Promedio
54.46
585.28
Aluminio No
ferroso
HR
B
Prueba:
1. 53.7
2. 56
3. 57.1
Promedio
55.6
605.8
Se puso a prueba tres tipos de acero herramienta dos del
tipo A2 y uno O1, estos aceros se usan en partes de
maquinarias o equipos de trabajo, su dureza es según la
necesidad.
Entre todos los aceros herramientas del tipo A2, el que
tiene el mejor tratamiento térmico logra tener mejor
dureza, en este caso es:
De los aceros herramienta evaluados entre e A2 Y O1
el que logro la mayor dureza es el tipo O1:
En toda la prueba el metal con mayor dureza es el
aluminio.
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4. Conclusiones
En la metalurgia no es la imagen del metal el que determina la estructura interna del metal ni
el peso, aparentemente el acero herramienta O1 es más pesado q el aluminio y se siente más
fuerte pero al hacer el análisis metalográfico de la dureza se demuestra que el aluminio tiene
una mayor dureza que el acero O1.
Los aceros con tratamientos térmicos de mala calidad no llegan a lograr una dureza adecuada
para un acero herramienta de trabajo intenso, en cambio el acero con tratamiento térmico
adecuado son excelente para trabajo con desgaste, esto quiere decir que el tratamiento
térmico de un metal es indispensable para sus propiedades.
Las aleaciones de aluminio son muy livianas, pero por las propiedades resistentes del
aluminio como su dureza son adecuadas para trabajos duros, por ejemplo las aleaciones de
aluminio para motores de combustión interna.
El tipo de indentador y la carga aplicada de cada escala (dentro del método de Rockwell)
dependen del tipo de material y las propiedades que este tenga, es conveniente empezar por
la escala de mayor dureza porque de lo contrario la punta del penetrador puede ser
deformada, en caso de que el material sea más duro que él.
5. Recomendaciones
Equipar el laboratorio con una máquina para al menos un tipo más de medición de dureza, o
utilizar la que se tiene para rebote dinámico al menos de forma demostrativa, y si es muy
delicada con supervisión del catedrático, para poder observar otro tipo de medición.
Que los instructores den mayor información sobre el equipo, o algún consejo de que no se debe
hacer.
Hacer en la práctica una demostración de la imprecisión que podría presentarse en la medición si
la superficie del material no está bien limpia y lisa, para hacerse una idea de la importancia que
es esto en la medición, y que tanto la afecta.
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Bibliografía
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Barcelona: Reverté.
2. Bernau, L., 1958. Elementos de Metalografía y de Acero al Carbono. Primera ed. Santiago de Chile: Andrés
Bello.
3. Calle, G. & Henao, E., n.d. Dureza Rockwell. [Online] Available at:
http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZAROCKWELL.pdf [Accessed 14 Mayo 2012].
4. Callister, W.D., 2009. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Segunda ed. México: Limusa
Wiley.
5. Depto. de Mecánica Estructural, 2012. Guía de laboratorio 2: Determinación de la dureza de Rockwell en los
materiales. Antiguo Cuscatlán: Universidad Centroamericana "José Simeón Cañas".
6. Giancoli, Douglas (1997). Ciencia de los materiales. Naucalpán de Juárez: Editorial Prentice-Hall
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7. ASTM International, Standart Worlwide. (1996). Recuperado el 16 de Enero de 2012, de
http://www.astm.org/SNEWS/SPANISH/Q406/q406octsteel.html
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6. Normas ASTM
ASTM E18-79
Define a la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, por el usa de una
máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o
una bola de acero endurecido, bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser
ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad de la deformación permanente bajo
condiciones específicas de carga.
ASTM E140 – 07
Define las Tablas de conversión estándar de los niveles de dureza de los metales entre las escalas
Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop y Shore.
ASTM E10
Define al método de Brinell, que consta en la determinación de la dureza al introducir una esfera de
material resistente en la superficie del metal y luego midiendo el diámetro de indentación dejado por la
esfera.
ASTM E 92
Define al método de dureza de Vickers el cual consiste en un indentador piramidal con Angulo de 136°
que es presionado contra la superficie del material a una carga predeterminada. La indentación
resultante es medida de diagonal a diagonal.