DUREZA

RESUMEN

En el presente laboratorio se determinan las durezas en distintas zonas de la probeta tratada, inicialmente se coloca la proebta entre los tornillos de la maquina de dureza y se fija en una posición rigida sin movimientos laterales, para evitar que la medición sea errónea, luego se somete a la probeta a una pre carga en donde se adiciona una c|arga para que el penetrador se introduzca en el material y luego se mueve la caratula en la posición de cero, y luego se adiciona la carga neta, donse se ve como las auja se mueven y esto nos indica donde se encuentra la dureza Rockwell C.

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 kgf 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.La lectura del grado de dureza es observada directamente en una escala predeterminada, adecuada a la dureza del material en el reloj del acoplado en la maquina de ensayo. Los penetradores utilizados en este ensayo son de tipo esférico (Esfera de acero templado) en un brale (cono de diamante con 120º de conicidad)

El valor indicado en el reloj es el valor de la dureza Rockwell C. Este valor corresponde a la profundidad alcanzada por el penetrador, substraídas de la recuperación elástica del material una vez retirada la carga mayor de la profundidad obtenida durante la aplicación de la pre-carga.

DUREZA

INTRODUCCION

La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza y se la suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. Uno de métodos más importantes para la medición de la dureza de los aceros es conocido como dureza Rockwell. El método consiste en hacer una identacion en una probeta con un penetrador de diamante esférico-cónico o un penetrador esférico de acero, aplicándose sucesivamente dos cargas y determinándose la profundidad permanente de la huella que se produjo bajo las condiciones específicas en una carga menor y una mayor.

El ensayo Rockwell ,que lleva el nombre de su creador ,es el ensayo más utilizado en el mundo entero debido a la rapidez y facilidad de su ejecución, facilidad de detectar pequeñas diferencias de durezas y el pequeño tamaño de impresión.

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PRINCIPIOS TEORICOS

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. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación.

Las pruebas de Rockwell dependen de la medición de la profundidad diferencial de una deformación permanente, producida por la aplicación y la eliminación de cargas diferenciales. Se usan varias combinaciones de penetrador y carga, para adaptar las distintas pruebas de Rockwell a materiales de diversa dureza y espesor

El método de Rockwell aunque es un método de indentación no pretende de manera directa medir la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos de contacto, sino que la define como un número arbitrario, inversamente proporcional a la penetración del indentador.

El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentadorcónicoesferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones específicas de carga.

El estándar ASTM E18-03 define el número de dureza Rockwell como un número derivado del incremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el indentador es incrementada desde una fuerza previa (preliminar específica) hasta una fuerza total (específica) y luego retornada al valor de fuerza previa.

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El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1.

Figura 1. Esquema de medición de la dureza Rockwell

Al comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de la carga previa P0,la cual se mantiene hasta el final del ensayo. Esto garantiza una mayor exactitud del ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y de las irregularidades de la delgada capa superficial. Después se expone la probeta a la acción de la carga total

Pf = P0 + P1, y la profundidad de penetración aumenta. Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema probeta-indentador ocurre una recuperación elástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previa P0, siendo posible la medición de la profundidad de penetración h, la cual determina el número de dureza Rockwell (HR)

TIPOS DE PENETRADORES

Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido

(templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg., y un penetrador cónico de diamante

con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico

de radio 0,20 mm(Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.

Características generales La utilización de un penetrador dependerá del tipo de aplicación, carga y

material.

La dureza de una probeta será directamente proporcional al % de Carbono

que posea.

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Un Ensayo de Dureza será efectivo si se posee un Durometro calibrado y

se trata de eliminar los errores humanos.

Al igual que en el ensayo Brinell la dureza se determina en función del

grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del

penetrador bajo una carga estática dada

En este método, la carga de ensayo es aplicada en etapas, primero se aplica una pre-carga, para garantizar un contacto firme entre el penetrador y material ensayado, y después se aplica una segunda carga al ensayo propiamente dicho.

Ventajas Método rápido y preciso, no necesita de operarios especializados.

Huellas más pequeñas que el método Brinell.

Tiene como Inconveniente que si el material no asienta perfectamente, sobre la base las medidas resultan equivocadas

Prueba de dureza para aceros templados.

Se pueden reemplazar la base y el indentador por otros de diferentes formas y tamaños, para la medición a realizar (tubos, redondos, cuadrados, etc.).

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Tabla N°1. Escala de dureza Rockwell

Tabla Nº2: Tipos de dureza Rockwell y sus respectivas cargas y penetradores

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DUROMETRO

Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos la dureza. Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a ensayar.

El equipo Rockwell consta :

a) Un soporte plano de acero lo suficientemente duro y rigido para prevenir su deformación , el que se encontrara fijado simétricamente debajo del penetrador

b) Un indicador dial de dureza , el cual esta diseñado para medir la profundidad diferencial , la lectura del dial corresponde a la cifra de dureza Rockwell del tipo de Ensayo Rockwell realizado.

c) Una manilla lateral para aplicar la carga principal d) Un tornillo giratorio giratorio para elevar el soporte rigido ,que además permite la

aplicación de la carga inicial (Po)Este equipo de permitirá la aplicación de la carga en forma perpendicular a la superficie de la pieza , además de permitir la mantención de la carga de trabajo durante el tiempo especificado de manera constante.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES

Durómetro Rockwell Probeta de acero SAE 1045 Lija

PROCEDIMIENTO

1.- Se coloca la probeta pulida en el durómetro, se eleva con el tornillo del mismo, hasta que estén en contacto la probeta y el penetrador.

2.- Se aplicará una carga inicial (Po) de forma perpendicular y gradual, la que será igual a 10 Kp para lo cual Se gira el tornillo elevador hasta que la aguja pequeña del dial llegue al punto “A” (aplicación carga inicial); la aplicación de esta pre-carga tiene por finalidad: eliminar la influencia de rugosidad de la superficie de la pieza y determinar el punto de partida de la medición de la penetración.

3.- Giramos el dial para establecer la ubicación correcta de lectura de la dureza, o sea, se hará coincidir el cero de la escala del dispositivo de medida con la aguja indicadora de la profundidad de penetración. A continuación se gira la carátula del dial hasta que coincida el valor “0” con la aguja mayor

4.- Luego bajamos la manilla lateral para aplicar la carga principal. Transcurrido 5 s levantamos la manilla y observamos la lectura en el dial y la registramos la cual será la dureza Rockwell en la escala C

DATOS Y CALCULOS

Se obtuvo los siguientes resultados:

Nº Medición Dureza Rockwell C1 20

Obteniéndose una dureza de 56 HRC

DUREZA

CONCLUSIONES

Cuando la variación entre las durezas que se obtienen del mismo material es

elevada se concluye que no se realizo una buena medición. Como la realización de este ensayo no implica gran pérdida de material y por

esto también nos permite darle uso repetitivo a la pieza es uno de los más usados.

Se ha demostrado que la dureza y la resistencia no son exactamente proporcionales. El valor K (constante de proporcionalidad) varía un poco según la resistencia del material y las condiciones de ensayo.

Para determinar la dureza de piezas terminadas es recomendable utilizar los métodos Rockwell y Vickers ya que dejan huellas mucho más pequeñas que el método Brinell de 3000 kg.

Este ensayo por el poco tiempo que requiere para obtener el dato de dureza es posible obtener varias lecturas en muy poco tiempo dando la oportunidad de verificar si los datos fueron validos o no, teniendo en cuenta su proximidad entre las medidas.

Como la realización de este ensayo no implica gran pérdida de material y por esto también nos permite darle uso repetitivo a la pieza es uno de los más usados.

Cuando la variación entre las durezas que se obtienen del mismo material es elevada se concluye que no se realizo una buena medición.

El ensayo Rockwell es el más rápido y útil para determinar la dureza de herramientas templadas. La lectura es muy fácil y viene dada directamente en un cuadrante.

DUREZA

RECOMENDACIONES

La superficie a ensayar debe ser lisa, plana y normal al eje de aplicación de la carga.

La superficie a ensayar debe estar libre de óxidos, cascarilla, grasas y materias extrañas.

El espesor del material a ensayar debe ser 10 veces la profundidad de penetración.

Aplicar en forma controlada la carga fundamental, sin dejar de sujetar la palanca de carga.

El funcionamiento de la maquina debe ser verificado frecuentemente con bloques de prueba estándar proporcionados por el fabricante

La manija de operación debe regresarse suavemente a su posición inicial; golpear la manija para quitar la carga mayor puede producir un error de varios puntos en el disco de indicación.

Se debe tener cuidado de asentar firmemente el marcador. Cualquier movimiento vertical en estos puntos resulta en un registro de una profundidad adicional en el medidor y por lo tanto en una lectura de dureza falsa.