LABORATORIO DE METALOGRAFIA Y DUREZA DE MATERIALES

MIGUEL ANGEL RAMIREZ

SERGIO VALENTIN ALVAREZ

JUAN CAMILO ARENAS

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

DRPARTAMENTO DE ENERGETICA Y MECANICA

MATERIALES DE INGENIERIA

SANTIAGO DE CALI

2015

LABORATORIO DE METALOGRAFIA Y DUREZA DE MATERIALES

MIGUEL ANGEL RAMIREZ

SERGIO VALENTIN ALVAREZ

JUAN CAMILO ARENAS

INFORME DE LABORATORIO

CLARA E. GOYES Dra. Ing.

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

DEPARTAMENTO DE ENERGETICA Y MECANICA

MATERIALES DE INGENIERIA

SANTIAGO DE CALI

2015

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

1.1 MARCO TEÓRICO

1.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.3 ANÁLISIS Y RESULTADOS

1.4 CONCLUSIONES

1.5 REFERENCIAS

INTRODUCCIÓN

Las propiedades mecánicas de los materiales, son determinadas por diferentes

métodos, el ensayo de dureza en especial es uno de los más utilizados para la

selección y control de calidad de los materiales, es sencillo, de poca duración y

usado con mayor frecuencia en los metales. En el laboratorio se realizó una prueba

de dureza Vickers con diferentes metales, D3 y A36 debidamente tratados con el fin

de afianzar los conocimientos y el uso de los diferentes dispositivos del laboratorio

además de observar y registrar la microestructura de un material metálico usando

procesos de metalografía y determinar posteriormente su dureza.

1.1 MARCO TEÓRICO

La dureza es la capacidad de un material de resistir deformación elástica, plástica

o destrucción en presencia de esfuerzos de contacto locales o inferidos por otros

cuerpos de mayor dureza los cuales no presentan deformaciones. Un tipo

importante y destacado es la dureza Vickers, una medida de la dureza de un

material calculado a partir de la impresión de una huella de diamante en forma

piramidal mediante la aplicación de una carga, también es conocida como test de

dureza diamante piramidal. El penetrador usado en el ensayo de dureza es una

pirámide con base cuadrada que cuyas extremos opuestos se unen en el vértice

con un ángulo de 136o entre las caras opuestas. El diamante es presionado sobre

la superficie del material dejando una huella que es medida con ayuda de un

microscopio. El valor de la dureza Vickers está determinado por

𝐻𝑉 =𝑝(1.854)

𝑑2

Donde p es la carga aplicada a la muestra, y d es la distancia promedio de las

diagonales de la marca dejada sobre el material.

Figura 1 Izq: penetrador de diamante ángulo 136 grados entre caras. Der: Diagonales de la marca dejada sobre el material- tomado del estándar ASTM E-92

El valor de la profundidad puede ser un factor para calcular el valor de la dureza

Vickers, este factor está determinado por

ℎ =𝑑

7

Donde d es la distancia promedio entre diagonales de la indentación.

Acero A36

El acero a36 es un acero a base de poco carbono utilizado en diferentes estructuras

dependiendo de su nivel de resistencia a la corrosión y dureza. Algunos de sus

usos más comunes son la construcción de estructuras comerciales e industriales

además de tuberías y ángulos, posee una dureza de 120-135 HB equivalente a

120- 134 HV. Es una acero estructural, posee 0.15% de dureza.

Acero D3

El acero D3 es un material que posee gran resistencia al desgaste, alta dureza

superficial y resistencia a la compresión además de alta templabilidad. Se utiliza

comúnmente para herramientas de corte de piezas cizallas, fresas para madera,

brocas, matricaria y troquelaría posee una dureza de 52-60 HB equivalente a 567-

765 HV. Posee 2% de carbono lo cual aumenta su dureza y es aleado para

herramientas.

PROCESO DE PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Para poder realizar el ensayo de dureza, es necesario

preparar las muestras a analizar, con el fin de tener

resultados óptimos y disminuir el margen de error debido

a sustancias no deseadas, variaciones térmicas entre

otros aspectos que puedan alterar las características del

material a analizar.

El primer paso es seleccionar y cortar una muestra, en

este proceso se usa un sistema de refrigeración que

previene la variación de temperatura generada por la

fricción entre el material y el disco de corte, este corte se

puede realizar con otros elementos como seguetas, pero

la superficie se ve más destruida y no homogénea.

El segundo paso es someter la muestra a presión constante bajo el efecto de una

resina fenólica para poder trabajar la muestra en el proceso de pulido. Se genera

proceso químico acelerado con por medio de una resistencia

térmica, que permite la mezcla de la baquelita con la muestra

a analizar.

Tras terminar el proceso anterior, el material es sometido a

un proceso de lijado, con el fin de suavizar la superficie. La

muestra es lijada perpendicular al sentido de las líneas de

corte, al cambiar el papel abrasivo se repite el procedimiento

en dirección perpendicular lijado anterior.

Después de realizar este procedimiento con diferentes lijas, se procede a pulir el

material para quitar del todo las líneas de corte y lijado dejando la superficie

reluciente y sin líneas visibles, no existe un tiempo de pulido determinado, ya que

depende del estado del material.

1.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL

El primer paso fue seleccionar las muestras procesadas con anterioridad, dos tipos

de acero, D3 y A36, luego se configuro la máquina para ejercer una fuerza de 500gF

durante 15 segundos, una vez realizado esto se procede a medir el primer diámetro

guardando su valor en memoria y midiendo el segundo la maquina calcula el valor

de la dureza del material. Este proceso se repitió cinco veces en diferentes puntos

del mismo material, anotando todos sus valores, luego se cambió por el siguiente

material, y se realiza el mismo procedimiento.

A la izquierda, el acero A36 se observa ferrita y perlita, posee bajo porcentaje de

carbono que fluctua entre 0.1 y 0.15%, la ferrita y perlita son muy blandas, por eso

se puede observar casi hierro puro, no es un material aleado posee una dureza

baja. A la derecha, el acero D3 posee más porcentaje de carbono, 2 % se ubica en

el diagrama de hierro carbono donde se observara cementita y perlita.

1.3 ANALISIS Y RESULTADOS

En las siguientes tablas se muestran los valores obtenidos tras realizar el

experimento, para los dos tipos de acero. La primera tabla muestra los resultados

del acero D3 y la segunda el A36. Podemos observar que en cada medición se

presenta un margen de error en los valores de los diámetros debido que al momento

de ajustar las líneas para tomar la medición se controla manualmente la

aproximación de las líneas del visor con respecto a los vértices observados.

Carga

(g F)

D1

(umm)

D2

(umm)

D promedio

(umm)

HV

(Kgf/mm2)

h

(umm)

500

41.1 43.1 42.10 523 6.01

41.1 41.9 41.50 538 5.93

39.9 41.0 40.45 568 5.78

39.9 42.0 40.95 554 5.85

39.9 41.5 40.70 560 5.81

Carga

(g F)

D1

(umm)

D2

(umm)

D promedio

(umm)

HV

(Kgf/mm2)

h

(umm)

500

68.0 71.3 69.65 191 9.95

66.9 71.3 69.1 194 9.87

67.3 69.9 68.6 197 9.80

68.7 72.0 70.35 188 10.05

69.0 71.6 70.3 188 10.04

Para obtener la dureza lo primero que debe hacerse es calcular el diámetro

promedio de la huella en el material.

𝐷𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =𝐷1 + 𝐷2

2

Se calcula la profundidad de la huella y está dada por la ecuación

ℎ =𝐷𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

7

Con estos valores se tienen todos los datos necesarios para calcular la dureza

vickers.

Material tipo

ACERO

Carga (g F)

D1 (umm)

D2 (umm)

D promedio

(umm)

HV (Kgf/mm2)

h (umm)

A36 500 67.98 71.22 69.6 191.6 9.942

D3 500 40.38 41.9 41.14 548.6 5.876

La tabla anterior muestra los valores promedio de todos los datos obtenidos con el

fin de compararlos con datos teóricos, específicamente el valor de la dureza. Para

la dureza del acero D3 se encuentra teóricamente una dureza promedio de 666 HV

se puede notar una variación de 117.4HV con respecto al valor promedio

experimental, y en el acero A36 una dureza promedio de 127HV presentando una

diferencia de 64.6HV.

El error está dado por el cociente entre la diferencia de valores teóricos y

experimentales con respecto al valor teórico por un factor de cien.

%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 1 −𝑉𝑒

𝑉𝑡∗ 100

Donde Vt es el valor teórico y Ve el valor experimental.

%𝐴36 = 1 −191.6

127∗ 100

%𝐷3 = 1 −548.6

666∗ 100

Por ende, para el acero D3 se tiene un error de 17.62% y el acero A36 es de 50.86%

excediendo el valor teórico.

1.4 CONCLUSIONES

Se puede observar a simple vista que la dureza del acero D3 es mucho mayor con

respecto al acero A36 esto se debe a que la presencia de carbono en ambos

materiales es diferente, el carbono genera en el material un aumento de la dureza

gracias a que el acero D3 posee aproximadamente 2% de carbono es más duro que

el A36 que posee entre 0.1 y 0.15% de carbono.

1.5 REFERENCIAS

"Vickers Hardness." Encyclopædia Britannica (2014): Research Starters. Web. 5

Mar. 2015

Santos E, Yenque D., J. Rojas O., Rosales U., V., 2001, Acerca del ensayo de

dureza. Notas Científicas. INDUSTRIAL DATA (4) 2, pp 73-80.

Smith W. F. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. McGraw-Hill (2006)

Guia de laboratorio “LABORATORIO DE METALOGRAFÍA Y DUREZA DE MATERIALES”

Clara E. Goyes Dra. Ing.