LABORATORIO DE RESISTENCIA DE MATERIALES

EXPERIENCIA # (DUREZA – MÉTODO DE BRINELL)

PRESENTADO POR:

JOSE LUIS ARAUJO

MIGUEL ANGEL PULIDO

AYLIN SAN JOSE CASTILLO

GUSTAVO QUINTERO

PRESENTADO A:

JOSÉ LUIS AHUMADA VILLAFAÑE

CORPORACION UNIVERSITARIA DE LA COSTA CUC

FACULTAD DE INGENIERIA.

BARRANQUILLA – COLOMBIA

2012

CONTENIDO.

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

3. MARCO TEÓRICO

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL (MATERIALES UTILIZADOS)

5. CÁLCULO, ANÁLISIS DE RESULTADOS (PREGUNTAS)

6. CONCLUSIÓN

7. BIBLIOGRAFÍA

1. INTRODUCCIÓN.

La resistencia de materiales es la ciencia que desarrolla la relación entre las

fuerzas externas aplicadas a un cuerpo deformable y las fuerzas internas

producto de esas fuerzas externas o como dice wikipedia: “La resistencia de un

elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas

aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de

algún modo.”

En Laboratorio de Resistencia de Materiales se llevarán a la práctica los

conocimientos que se vayan adquiriendo a lo largo del curso, como también

desarrollaremos muchas experiencias, una de estas la que se realiza con la

máquina de dureza y más específicamente siguiendo el método de Brinell,

nuestro segundo ensayo dentro del laboratorio. Dentro de este informe se

tratará acerca de la teoría respectiva a la dureza, al desarrollo experimental de

esta misma y a como calcular las durezas de los diferentes materiales puestos

a prueba en la máquina.

Lo dicho en el párrafo anterior es más o menos lo que se podrá encontrar

dentro de este trabajo, cabe destacar también que como se trabajará con

diferentes materiales por lo que se obtendrán diferentes durezas, y por ende

distintos resultados, y son estos resultados los que nos permitirán sacar

conclusiones sobre lo realizado en el laboratorio.

2. OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:

Familiarizar al estudiante con el proceso que se lleva a cabo dentro de la

máquina de dureza, más específicamente con el método de Brinell.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Reconocer los elementos necesarios que se requieren para llevar a cabo

con éxito este ensayo

Identificar el proceso de dureza de Brinell, reconociendo diámetros,

fuerzas en Kilonewtons, tiempos, etc.

Hacer el mismo ensayo con los diferentes materiales que podemos

encontrar dentro del laboratorio.

Sacar conclusiones de acuerdo a las diferentes durezas que se

obtendrán con los diferentes materiales.

Tener una mejor idea del contenido de esta materia, importante para la

formación de un Ingeniero Civil

3. MARCO TEÓRICO.

Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante

el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a

estudiar.

Ilustración 1. Máquina de dureza.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras

delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de

diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo

de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12

milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido

es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de

dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie,

pero a cambio resulta en un proceso barato, y la desventaja del tamaño de su

huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales

heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer

mediciones de dureza de las fundiciones.

Ilustración 2. La bola penetra dejando una marca.

Fórmula aplicada

Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:

HBN=2F¿¿

H=D−√D2−d22

A=π∗D∗¿¿¿

Donde:

F= fuerza aplicada (Kg).

D= Diámetro de balín (mm).

d= Diámetro de la huella o identacion (mm).

H= Profundidad de la huella (mm).

A= Área.

Valores típicos

El valor HB suele ser menor que 600.

Acero (blando): 120 HB

Acero de herramientas: 500 HB

Acero inoxidable: 250 HB

Aluminio: 15 HB

Cobre: 35 HB

Madera: entre 1 HB y 7 HB

Vidrio: 482 HB

1 kp = 1 kg × 9,80665 m/s² = 9,80665 kg m/s2 = 9,80665 N

de modo que

1 kilogramo-fuerza o kilopondio equivale a 9,80665 newtons.

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL.

Los materiales que se utilizaron para llevar a cabo este ensayo, aparte de la

máquina de dureza, fueron: bola (ya sea de acero, cobre, etc.) que se someterá

presión, cronómetro para tomar los 15 segundos en este caso y la lupa para

medir los diámetros en las placas metálicas.

En el ensayo de 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 fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la

fuerza varia de 2 a 8 segundos depende hasta que fuerza se quiera “llegar”, y

el ensayo de fuerza es mantenido por 15 segundos

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.

5. CÁLCULOS, ANÁLISIS DE RESULTADOS (PREGUNTAS).

MATERIAL CARGA

KN

TIEMPO

S

d 1

mm

d 2

mm

d 3

mm

d

promedio

HBN

Aluminio 12.5 15 4,4 4,3 4,3 4,33 0,80

Cobre 12.5 15 3,7 3,9 3,8 3,8 1,05

Bronce 12.5 15 3,3 3,4 3,4 3,36 1,36

Hierro 12.5 15 3,0 2,9 2,9 2,93 1,812

Para el aluminio

HBN=2F¿¿

HBN=2∗12,5¿¿

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN= 2531,007

HBN=0,80

Rt= 3,45*0,80 = 2,76 Mpa

Rt= 500*0,80 = 400 PSI

Para el cobre

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN= 25(23,593)

HBN=1,05

Rt= 3,45*1,05 = 3,62Mpa

Rt= 500*1,05 = 525PSI

Para el bronce

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN= 2518,284

HBN=1,36

Rt= 3,45*1,36 = 4,692 Mpa

Rt= 500*1,36 = 680 PSI

Para el hierro:

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN=25¿¿

HBN= 2513,791

HBN=1,812

Rt= 3,45*1,812 = 6,251 Mpa

Rt= 500*1,812 = 906 PSI

1. ¿La dureza y la resistencia a la tracción son proporcionales?

Son directamente proporcionales por que a mayor dureza mayor resistencia de

tracción.

2. ¿A qué materiales se le aplica el ensayo de dureza de Brinell?

Se utiliza en materiales de durezas bajas según la escala de Brinell

Madera - ISO 3350, Metales (de dureza blanda a media) - EN ISO 6506-1 a EN

ISO 6501-

3. ¿Cuál es la diferencia entre los métodos de ensayo de dureza?

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de

W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa

con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. 

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos

casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por

medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un

ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. 

Dureza 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. A mayor rebote mayor dureza. Aplicable para control de calidad

superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.

Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide

cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de

la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza

con chapas de hasta 2mm de espesor. 

La diferencia que se encuentra en todos los ensayos de dureza es el material

con el cual se le aplica la fuerza al elemento que se le va a calcular su dureza y

el tipo de materiales duros o blandos.

4. ¿Cuál de los metales ensayados fue el que presento mayor dureza?

El que presento mayor dureza entre los materiales ensayados fue el hierro con

1,812 HBN.

5. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los diferentes métodos de

ensayo de dureza?

El ensayo de Vickers con respecto al de Brinell tiene las siguientes ventajas

Su uso se extiende a materiales duros y blandos.

Todas las indentaciones son geométricamente similares. El rango de

dureza de vicker

Es proporcional o sea que una HVN =400 es 2 veces mas grande que

una HVN= 200

Desventajas

La impresión es pequeña y por ello o se usa un microscopio o debe

pulirse la superficie antes de realizar la pruebay el identador debe estar

a 90mm de la superficie.

Ensayo de Rockwell:

Ventajas

Es muy rápido

No necesita absoluta regularidad de la superficie pues inicialmente se

aplica una carga pequeña para acomodar el identador y luego se aplica

una carga grande para realizar la impresión

Desventajas.

No es tan exacto como el de vickers, que es preferido en trabajos de

investigación.

6. CONCLUSIÓN.

Luego de todo lo realizado para el desarrollo de esta experiencia se puede

calificar como satisfactoria, debido a que gracias a la investigación, a la lectura,

al análisis y sobre todo a lo realizado dentro del laboratorio se logró tener un

mayor conocimiento sobre lo que trata en sí el ensayode dureza de materiales

utilizando el método de Brinell y sobre los diferentes tipos de materiales con los

que pudimos trabajar en la máquina y como varían los resultados de acuerdo al

tipo de material (cobre, acero, hierro, plata, etc.) que se utilice, sin olvidar claro

está que ya se conoce el proceso de laboratorio y los cálculos que se llevaron a

cabo para obtener los resultados.

7. BIBLIOGRAFÍA.

Ahumada, José Luis; “Caracterización de Materiales de uso en

Ingeniería”, Educosta, 2009.

William D. Callister, Jr.; “Introducción a la ciencia e ingeniería de los

materiales”, Reverté, 1995.

Shakelford, J.F.; “Intoducción a la ciencia de materiales para ingenieros”,

Pearson Prentice Hall, 2005.

http://es.wikipedia.org/wiki/Dureza_Brinell