prop mec II Ensayo de Dureza
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1
Ing. Enrique De La Cruz
ENSAYOS DE DUREZA
1)
CONCEPTO DEDUREZA
2) TIPOS DEDUREZA3)
DUREZABRINELL
4
)
DUREZA
VÍCKERS5)
DUREZAROCKWELL
6
)
LIMITACIONES DEL
ENSAYO
ÍNDICE
Yes !"#"$ %!&" '("
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Concepto de dureza
*U+ ENTENDEMOS PORDUREZA,
La dureza de un material puede defnirse como la!es-s.e/0-" 'e %/e éste" &" $e!"0-/ %&s.-0" &0"&-"$" (porrayado o penetración).
RAYADO7El ensayo de dureza al rayado (dureza mineralógica) es laresistencia que oponen los minerales a ser rayados por otros msduros. !e tiene los métodos de "o#s y "artens.
PENETRACI8N7
ENSAYOS DE DUREZA
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Este método / es "%&-0"9&e " &s e."&es* ya quedi'ersos metales
ocupar/an una %ran$a intermedia* impidiendo suclasifcación.
"artens utiliza un cono de diamante que presiona con una
ENSAYOS DE DUREZAConcepto de dureza. Dureza al rayado
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Concepto de dureza.
DUREZA AL RAYADO7 Es0"&" M;s <1=22)*'> se %'e$e e/.e/$e! s- e& -/e!"&? $e $'!e"$es0/0-$"? es !"#"$ %! &" @'!-." <$'!e" 4) %e!" s' :e >s.e !"#" " &" 0"&0-." <$'!e" 3),
-pta. !igni%ica que dic#o mineral tiene una dureza relati'aentre 0 y .
En %unción a estos 'alores de dureza relati'a se sueleagrupar a estos diez
minerales en minerales2
M'# 9&"/$s7 se rayan con la u3a. !on los que tienendureza 1 y 4.
B&"/$s7 se los puede rayar %cilmente con un cortaplumaso con un 'idrio.
ENSAYOS DE DUREZA
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ENSAYOS DE DUREZAConcepto de dureza. Dureza a la penetración
La dureza de un material es -/:e!s"e/.e %!%!0-/"& "&" ;'e&&" que de$a un penetrador en su superfcie.
SA
SB
A "#!
se00-/? S? ; e/!$'!e"
P! & ."/.?A es s $'!
'e B
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La dureza de un material es -/:e!s"e/.e %!%!0-/"& "&" ;'e&&" que de$a un penetrador en su superfcie.
La dureza de un material es -/:e!s"e/.e %!%!0-/"&" &" $-s."/0-" $e %e/e.!"0-/ del penetrador en su
superfcie.
ENSAYOS DE DUREZAConcepto de dureza. Dureza a la penetración
;A
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'e B
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La dureza de un material es -/:e!s"e/.e %!%!0-/"& "&" ;'e&&" que de$a un penetrador en su superfcie.
La dureza de un material es -/:e!s"e/.e %!%!0-/"&" &" $-s."/0-" $e %e/e.!"0-/ del penetrador en su
superfcie.
Los 'alores de dureza medidos son sólo relati'os (noa&solutos)* y es necesario tener precaución al comparardurezas o&tenidas por técnicas distintas.
P! '> !"/es &s e/s"#s $e $'!e" se !e"&-"/0/ '0;" !e0'e/0-" 'e 0'"&'-e! .! e/s"#
e0/-0,
1. !on sencillos y &aratos* no se requiere preparar pro&eta
especial.4. El ensayo <= es destructi'o* la pro&eta <= se
ENSAYOS DE DUREZAConcepto de dureza. Dureza a la penetración
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Las mquinas que
realizan estos
ENSAYOS DE DUREZA
ensayos se conocen como$'!e.!s
Tipos de Dureza a la Penetración
@n peque3o penetrador es %orzado so&re lasuperfcie del material en condicionesnormalizadas de carga y 'elocidad de aplicaciónde la misma.
En estos ensayos se mide la pro%undidad y eltama3o de #uella. Las durezas as/ representadastienen un sentido relati'o y no a&soluto.
Aipo
srinellB+ic,ers
B+-oc,ell
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza rinell !"#$ UNE %&'((&)*
Consiste en comprimir una &ola de acero (∅ determinado)templado con un
%uerza determinada durante un tiempo determinado.enetradorEs%era de acero o car&uro deol%ramio* C Dimetro F 1: mm.armetrosB F Dureza en gradosrinell F CargaGplicada (,g)G F Hrea del casquete(mm4) D F dimetro de
la &ola (mm) d Fdimetro de la #uella(mm)# F pro%undidad de la#uella (mm)
La dureza se o&tiene
mediante
Campo deaplicaciónM".e!-"&es
9&"/$s
H
B G
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Dureza rinell !"#$ UNE %&'((&)*
De.e!-/"0-/ $e& !e" $e&C"s'e.e es>!-0El rea del casquetees%érico es
De&ido a la difcultad deo&tener lapro%undidad* #*de&emos e>presarla en %unción deldimetro de la &ola* D* y eldimetro de la #uella* d.
ara ello utilizamos el
Aeorema!e de&e tomar ?nicamente la
ENSAYOS DE DUREZA
G
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza rinell !"#
P"!" '> .-%s $e".e!-"&es se '.-&-",
!e practica per%ectamente para materiales de
perfl grueso* de #ierro a acero* pues las
#uellas o&tenidas son claras y de contornos
limpios.
P"!" '> .-%s $e ".e!-"&es / es!e0e/$"9&e 's"!,
<o se usa para durezas superiores a 5::
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza rinell !"#
!"s $e eF%!es"! e& !es'&."$$e &" $'!e" B!-/e&&
El método estndar como tal se realiza &a$olas siguientes condicionesDimetro de la &ola
(D)
1: mm
Carga (P)Duración de lacarga (t )
0:::,g% 1: ...
15 sEn el caso de realizarse el ensayo &a$o estascondiciones el n?mero de dureza rinell sedenota sin ning?n suf$o.
E$emplo 22GHB
Esta notación indica una dureza rinell de
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K 2=G esta&lecer/a la durezao&tenida.
K HB especifca el método (Durezarinell).
K 1G indica el dimetro de la &ola
en mm.
K 5GG muestra la carga empleada (5:: g%). :*5 D del
dimetro de la &ola.
K
Aener presente que
ara que el ensayo sea 'lido
se #a de
cumplir que el dimetro dela #uela
esté comprendido entre :*45D M d M
ENSAYOS DE DUREZA
Dureza rinell !"#
I/.e!%!e."0-/7
E$emplo un acero al cromo templado y re'enido
producir/a una dureza de 48: B o 48: g%mm4.
El %ormato normalizado para indicar la dureza ser/a el
siguiente.2=G HB 1G 5GG 3G
Donde
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Probeta luego del Ensayo de
dureza, se observa las marcas
obtenidas.
Probetas de Al, Cu, Bronce
y Acero corrugado
ENSAYOS DE DUREZA
Dureza Roc+,ell !"R#
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza Roc+,ell !"R#
G di%erencia de los métodos anteriores* en este no#ay que realizar medidas so&re la #uella de la pieza*ya que & 'e se 9.-e/e/ s/ %!'/$-$"$es.
Es ms %cil y rpido de realizar* pero e/s %!e0-sque los anteriores. <o permite medir la dureza de acerostemplados porque se de%orman las &olas.
Aipos de Ensayos de dureza-oc,ellara materiales &landos utilizamos una&ola B-.ara materiales duros utilizamos un cono de diamantede 14:N B-C.
Lectura directa de la dureza en el equipo &asndose en
la pro%undidad de penetración.
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza Roc+,ell !"R#
G
HRC Escala impregnada Oconsultar ta&la
Aipo de ensayo O -oc,ell
"edida
adimensional
sir'e
paracomparaci
ón.
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ESCALA DELA DUREZAROCKWELL
E$m. 8: B-Dureza
-oc,ell de 8: enla escala
ENSAYOS DE DUREZA
Dureza Roc+,ell !"R#
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ESCALA DE LADUREZAROCKWELLSUPERICIAL
E$m. 6: B-0:Dureza superfcial de
6: en la escala 0:
ENSAYOS DE DUREZA
Dureza Roc+,ell !"R#
Aipo Cargamayor(g)
enetrador
15< 15 Diamante
0:< 0: Diamante5< 5 Diamante15A 15 ola de
116P0:A 0: ola de
116P5A 5 ola de
116P15 15 ola de 18P0: 0: ola de 18P5 5 ola de 18P
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!i comparamos el método rinell con +ic,ers* #asta una dureza de 0::
suelen coincidir con las medidas* pero a medida que se sigueincrementando la dureza se corre el riesgo de de%ormación de las&olas* en este caso el método +ic,ers resultar/a ser el ms fa&le.
Campo de aplicación "ateriales duros o endurecidos.!e recomienda utilizar este ensayo para durezas
superiores a 5:: B.enetrador?nicoirmide de diamante de &ase cuadraday 106N entre caras opuestas.
Cargas ()* son peque3as 1214: g* lo#a&itual es de 0: g%.Duración de carga (t)1: 2 15s
La dureza se o&tiene mediante
la siguiente %órmula* en el cual se'e ue su 'alor est en %unción de la
ENSAYOS DE DUREZA
Dureza -ic+ers !"-# UNE %&'(/&)'
GB+ F dureza +ic,ers (,gmm4) F carga aplicada so&re lapirmide (,g) ! F !uperfcie
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza -ic+ers !"-# UNE %&'(/&)'
Des.!"0-/ $e &" !'&" ;" &" "&.'!"$e &" 0"!" %! se! $-e/s-/es %e'e("s
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza -ic+ers !"-#
I/.e!%!e."0-/7La e>presión correcta para indicar una dureza +ic,ers ser/a
315 HV 3GDonde
K 315 corresponde a la dureza o&tenida.
K HV indica el método empleado (Dureza +ic,ers).
K 3G e>presa la carga empleada en g%.
Aener presente que
ara que el ensayo sea 'lido se #a de cumplir que la superfcie de la
#uella supere en 1*4 'eces ladiagonal de la #uella* G Q 1*4d
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ENSAYOS DE DUREZA
Dureza -ic+ers !"-#
C'&es s/ &"s :e/."J"s $e&M>.$ V-0e!s,
K Es ms detallada que la -oc,ell* as/ 04 unidades +ic,erspor cada unidad -oc,ell.
K Como es preciso e>aminar la #uella* puede compro&arse encada medición el &uen estado del diamante* lo que <=ocurre en el -oc,ell que de&e e>aminarsee>presamente el diamante por cada 'ez.
K Con el mismo penetrador puede medirse una amplia gamade materiales desde muy &landos* #asta muy duros*llegndose #asta 1 15: +ic,ers* que equi'ale a 78:rinell* dureza que no puede o&tenerse con rinell sinde%ormar la &ola.
K
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ENSAYOS DE DUREZA
0i1itaciones del Ensayo
C'&es se!"/,
!uperfcie lisa
Espesor de la pro&eta 1: 'eces la pro%undidad de la#uella.
El centro de #uella de&e distar del &orde tres longitudesde #uella.
Entre centros de #uella de&e #a&er una distancia de treslongitudes de
#uella.
Gumento lento de la carga y mantenimiento durante un
tiempo m/nimo.
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ENSAYO DE RESILIENCIA AL IMPACTO
<!GR= DE CBG-R
en estos ensayos las cargas aplicadas actúan instantáneamentepara medir la resistencia al choque o la tenacidad de los materiales.Los ensayos de resistencia al impacto pueden ser de dos tipos:
Tracción por choque: consisten en realizar un ensayo detracción en el que la velocidad de aplicación de la fuerza sea alta.Este tipo de ensayos es poco frecuente.
Fleión por choque: el más usado es el ensayo de resilencia másconocido como ensayo de !harpy. En este ensayo se usa una pro"eta
de sección cuadrada provista de una entalladura en forma de # o $que es sometida a una carga de ruptura por el lado opuesto a laentalla% por medio de un martillo que se desplaza en una trayectoriacircular.
La energ&a a"sor"ida por la ruptura se llama resilencia '(!$ o(!#)% según sea la forma de la entalla% se calcula dividiendo laenerg&a consumida por el material 'Ep) en la rotura entre la secciónde la pro"eta por su parte entallada '*o) y se mide en +,m -. *continuación se representa un esquema gráfico del ensayo.
Ep energ&a potencial a"sor"ida en la rotura en +ulios.m masa del martillo en (g.h/ altura desde la que cae el martillo en m.h- altura que alcanza el martillo despu0s de romper la pro"eta en m.
1 resilencia en 2,m-
.*o sección de la pro"eta por la parte de la entalladura en m -. o
P
P
A
E KCV
hh g m E
==
−××=
ρ
)21(
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ENSAYOS DE DUREZA
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ENSAYOS DE DUREZA
-=. 0
STué n?mero de dureza rinell corresponde al ensayo dedureza de una aleación de co&re* cuya &ola de ensayo de D F 5mm* %uerza de ensayo F 451 <* si el dimetro de la #uella es
d F 1*6 mmUa) 4
5
&) 5:
c) 4:
d) 150
e) 141.
2 2
22 2
2
( )
(2451/ 9.81) 249.85
2 249.85120.99 121
5(5 5 1.6 )
P HB D D D d
F masa en kg P kg
g
diametros en mm
x kg HB
mm x
π
π
=
− −
= = =
= = =
− −
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LEMAS RESUELTOS DE PROPIEDADES MECANI
-=.
2 2
22 2
2)
( )
2 3000363.21
10(10 10 3.2 )
P a HB
D D D d
masaenkg
diametros en mm
x kg HB
mm x
π
π
=− −
= =
− −
9
2
)
3000 9.813659311736 3.7 10 3.7
0.0032
4
aplicada al penetrador
huella
F b
A
x x Pa GPa
σ
σ
π
=
= = = =
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LEMAS RESUELTOS DE PROPIEDADES MECANI
-=. 5
Calcule el módulo de elasticidad (E) en "a* la dureza rinell* e>presadaseg?n la norma y la resiliencia (V) en Wmm4* de un material* teniendo encuenta quea) @na pro&eta de 1:: mm de longitud y 15: mm4 de sección* se alarga:.:8: mm cuando se carga con 15 ,<&) @na &ola de dimetro DF4.5 mm* al aplicarle una %uerza de 188.5 ,p
durante 4: s* de$a una #uella de :.4 mm de pro%undidad. -ecuerde queel rea de la #uella que de$a una &ola de acero de dimetro D al penetrarla pro&eta una pro%undidad % es GFYD% c) La masa de 4: ,g de un péndulo de C#arpy* cae desde 1 m de alturaso&re una pro&eta de ::mm4 de sección y asciende 5 cm después deromper la pro&eta (gF9.81 ms
.
2 3 2 6 2
0
6
6
611
0
) 15 15000
150 150 (10 ) 150 10
0.08
15000100 10
150 10
100 101.25 10
0.0008
0.08
0.0008100
a F k! !
A mm x x m
l l l mm
F x
A x
x E x "pa
l
l
σ
σ
ε
ε
− −
−
= =
= = =
∆ = − =
= = =
= = =
∆
= = =
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LEMAS RESUELTOS DE PROPIEDADES MECANI
2 2
2
2)
( )188.5 188.5
2.5
0.24
188.5100.0021 100
2.5 0.24
P P b HB
D D D D d masa en kg P kp kg
diametros D en mm mm
diametro d en mm nodan como dato
proundidad en mm mm
P kg HB
A x x mm
π π
π
= =
− −
= =
=
=
=
= = = =
2 1
sec
2
( ))
20 9.81 (1 0.45)0.27
400
r
cion racturada
r
mg h htraba#oc $
area A
x x % $
mm
−= =
−= =