Ensayo de dureza para ingenieros en.pptx

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1. 1.3.- Ensayos de Dureza (Brinel, Rocwell, Vickers). Tratamientos Térmicos U1

2. ¿Qué es un ensayo de Dureza? Un ensayo de dureza es una prueba de materiales utilizada para determinar la resistencia de un material a la deformaci ó n pl á stica localizada, como la penetraci ó n, el rayado o el corte. En t é rminos m á s simples, mide qu é tan bien un material resiste ser "hundido" o "rasgu ñ ado" por otro objeto.

3. Esta prueba es fundamental en la metalurgia y la ingenier í a porque la dureza de un material se relaciona directamente con otras propiedades mec á nicas importantes, como su resistencia, ductilidad y resistencia al desgaste.

4. Existen varios m é todos estandarizados para medir la dureza, y la elecci ó n del m é todo depende del tipo de material, su tama ñ o y la precisi ó n requerida. Los m á s comunes son:

5. Dureza Brinell Utiliza una bola de acero o carburo de tungsteno para indentar el material bajo una carga espec í fica. Se mide el di á metro de la huella resultante para calcular el valor de dureza. Es ideal para materiales m á s blandos y piezas grandes.

6. Indentar el material: Se aplica una carga estandarizada (P) sobre la superficie del material de prueba utilizando una bola de acero templado o de carburo de tungsteno (dependiendo del material) de un di á metro espec í fico (D). La carga se mantiene durante un tiempo predeterminado.

7. Medir la huella: Una vez retirada la carga, se utiliza un microscopio calibrado para medir el di á metro (d) de la indentaci ó n circular que qued ó en la superficie del material. Calcular el valor de dureza: El n ú mero de dureza Brinell (HBW o HB) se calcula dividiendo la carga aplicada entre el á rea de la superficie de la huella, utilizando la siguiente f ó rmula:

8. Factores Carga Principal: Una vez que la bola indentadora entra en contacto con la superficie de la muestra, se aplica una carga principal (P) de un valor predeterminado y se mantiene durante un tiempo espec í fico (generalmente entre 10 y 15 segundos).

9. Relaci ó n de Carga y Di á metro: Para asegurar que los resultados sean comparables, el ensayo Brinell mantiene una relaci ó n constante entre la carga aplicada (P) y el cuadrado del di á metro de la bola indentadora (D 2 ). Las relaciones m á s comunes son:

10. Magnitud de las cargas La magnitud de las cargas aplicadas a diferentes materiales se determina mediante la siguiente relaci ó n: P = (Q) (D 2 )

11. Tiempos Tiempos de aplicación de carga recomendados. Hierro y aceros (10-30) s Al, Cu y aleaciones (30) s Pb y Sn (3) minutos

12. Ventajas: Versatilidad: Es adecuado para una amplia gama de materiales, especialmente aquellos con estructuras granulares gruesas. Piezas grandes: La indentaci ó n es lo suficientemente grande como para dar un valor de dureza promedio para materiales heterog é neos. Precisi ó n: Proporciona resultados confiables y bien establecidos para materiales blandos.

13. Desventajas: No apto para materiales muy duros: La bola de acero puede deformarse. Para materiales m á s duros se utilizan bolas de carburo de tungsteno. Destructivo: La indentaci ó n resultante es visible y generalmente no se puede utilizar la pieza para su aplicaci ó n final. Demasiado lento: Es un proceso m á s lento que otros m é todos como el Rockwell. Dependencia del operador: La precisi ó n de la medici ó n del di á metro de la huella puede depender de la habilidad del operador.

14. Dureza Rockwell Mide la profundidad de la penetraci ó n permanente de un indentador (ya sea una bola de acero o un cono de diamante) bajo una carga predefinida. Es un m é todo muy r á pido y ampliamente utilizado en la industria, ya que el valor de dureza se muestra directamente en una escala.

15. Este ensayo se dise ñó para evaluar la dureza de materiales como los aceros templados que presentan valores superiores a los 650 grados de dureza Brinell.

16. Aplicaci ó n de la Precarga: Se aplica una carga menor (precarga) para asentar el indentador y eliminar cualquier efecto de la rugosidad superficial. Esto asegura una medici ó n m á s precisa. Aplicaci ó n de la Carga Mayor: Se a ñ ade una carga mayor (carga principal) durante un tiempo predeterminado.

17. Medici ó n de la Profundidad: Se retira la carga mayor, dejando solo la precarga. La dureza se determina midiendo la diferencia en la profundidad de penetraci ó n entre las dos cargas. Lectura del Resultado: El valor de dureza se lee directamente en una de las escalas graduadas de la m á quina de prueba Rockwell.

18. El ensayo Rockwell utiliza diferentes indentadores y cargas, lo que da lugar a varias escalas, cada una adecuada para un rango de materiales espec í fico. Las dos escalas m á s comunes son:

19. Escala Rockwell C (HRC): Se usa para materiales duros como aceros templados y fundiciones. Utiliza un indentador de diamante con forma de cono y una carga principal de 150 kgf. Escala Rockwell B (HRB): Se usa para materiales m á s blandos como aleaciones de aluminio, cobre y lat ó n. Utiliza una bola de acero de 1/16 de pulgada y una carga principal de 100 kgf.

20. Adem á s de estas, existen otras escalas (A, D, E, etc.) que se adaptan a diferentes materiales y espesores. Escala Rockwell A (HRA): Se utiliza para materiales muy duros. Escala Rockwell D (HRD): Se utiliza para materiales duros pero con muestras m á s finas o peque ñ as. Escala Rockwell E (HRE): Es otra de las escalas est á ndar utilizada para medir la dureza de metales m á s blandos.

21. Variantes del ensayo Rockwell: a).- Cuando se utiliza el penetrador de bola de acero endurecido: HRE, di á metro del penetrador D = 1/8 pulg., carga P = 100 Kg. HRF, di á metro del penetrador D = 1/16 pulg., carga P = 60 Kg. HRG, di á metro del penetrador D = 1/16 pulg., carga P = 150 Kg. b).- Cuando se utiliza penetrador de cono de diamante: HRA, carga P = 60 Kg. HRD, carga P = 100 Kg.

22. Escala Rockwell A (HRA): Usa un cono de diamante con una carga principal de 60 kgf. Es adecuada para materiales muy duros y delgados. Escala rockwell D (HRD): Carga Principal: 100 kgf. Penetrador (Indentador): Cono de diamante con un á ngulo de 120 °. Materiales: A pesar de que la escala D tiene la misma carga que la escala B, el uso de un penetrador de diamante la hace adecuada para materiales m á s duros, como aceros endurecidos de bajo y medio contenido de carbono y algunas fundiciones duras. Escala Rockwell E (HRE): Usa una bola de 1/8 de pulgada (3.175 mm) de di á metro con una carga de 100 kgf. Es para materiales a ú n m á s blandos, como aleaciones de zinc.

23. Escala Rockwell F (HRF) : Carga Principal: 60 kgf. Penetrador (Indentador): Una bola de acero de 1/16 de pulgada (1.5875 mm) de di á metro. Materiales Usados: Se utiliza para probar materiales blandos como l á minas de aluminio, aleaciones de cobre recocidas, l á minas delgadas de acero, lat ó n y metales recocidos. La escala de dureza Rockwell G (HRG) : utiliza una carga principal de 150 kgf. Esta es una de las cargas m á s altas en el sistema Rockwell est á ndar. El penetrador para la escala Rockwell G es una bola de acero de 1/16 de pulgada (1.5875 mm) de di á metro. Esta escala se utiliza principalmente para medir la dureza de materiales de dureza media, entre ellos: Bronce al f ó sforo , Cobre de berilio , Hierro maleable

24. HRT, HRN: Para las pruebas de dureza superficial, que utilizan cargas m á s ligeras. Escala Rockwell T: La escala HRT utiliza una bola de acero con un di á metro de 1/16 de pulgada . La carga principal aplicada es de 45 kgf. Uso: Se usa para materiales de baja dureza, principalmente en piezas delgadas, como l á minas de aluminio, aleaciones de cobre, y aceros blandos. Escala Rockwell N: La escala HRN utiliza un penetrador de diamante con forma de cono (igual que la escala HRC). La carga principal aplicada es de 15 kgf. Se utiliza para medir la dureza de materiales extremadamente duros, como carburos cementados, aceros para herramientas y aceros delgados o recubiertos con capas endurecidas.

25. Ventajas: Rapidez: El valor de dureza se lee directamente, lo que lo hace ideal para el control de calidad en l í neas de producci ó n. No destructivo: La huella es peque ñ a, por lo que a menudo se puede usar en la pieza final sin arruinarla. F á cil de operar: No se requiere una medici ó n de la huella por parte del operador, lo que reduce el error humano. Versatilidad: La variedad de escalas permite probar una amplia gama de materiales.

26. Desventajas: Sensibilidad a la preparaci ó n de la superficie: El acabado de la superficie debe ser liso y limpio para obtener resultados precisos. No apto para piezas muy finas o muy peque ñ as debido al riesgo de perforaci ó n o deformaci ó n de la pieza. Precisi ó n limitada: En comparaci ó n con el m é todo Vickers, puede ser menos preciso para mediciones de microdureza.

27. Dureza Vickers E s un m é todo de prueba por indentaci ó n que se utiliza para medir la dureza de una amplia gama de materiales, desde los m á s blandos hasta los m á s duros. La prueba destaca por su precisi ó n y versatilidad, ya que puede usarse en casi cualquier material, sin importar su tama ñ o o forma.

28. Preparaci ó n de la Superficie: La superficie de la muestra debe ser muy lisa y limpia para garantizar la precisi ó n de la medici ó n. Indentar el Material: Se utiliza un indentador de diamante con forma de pir á mide de base cuadrada y un á ngulo de 136 ° entre caras opuestas. Se aplica una carga estandarizada (P) sobre la punta de diamante, manteni é ndola durante un tiempo espec í fico.

29. Medir la Huella: Despu é s de retirar la carga, se mide la longitud de las dos diagonales de la huella cuadrada resultante. Calcular el Valor de Dureza: La dureza Vickers (HV) se calcula dividiendo la carga aplicada por el á rea de la superficie de la huella.

30. Cálculo

31. Ventajas: Versatilidad: Se puede utilizar en una amplia variedad de materiales, incluidos metales, cer á micos, y vidrios. Precisi ó n: La huella es geom é trica y bien definida, lo que permite una medici ó n muy precisa. Ú til en Microdureza: El m é todo Vickers es ideal para medir la dureza de capas finas o de zonas localizadas del material, lo que se conoce como microdureza. Una sola escala: A diferencia del ensayo Rockwell, el ensayo Vickers utiliza una sola escala para todos los materiales, lo que simplifica la comparaci ó n de resultados.

32. Desventajas. Lento: Es m á s lento que el ensayo Rockwell, ya que requiere la medici ó n de la huella con un microscopio. Sensibilidad a la preparaci ó n: La muestra debe estar bien preparada para obtener resultados precisos. No apto para control de calidad en l í nea: Su naturaleza manual lo hace menos adecuado para mediciones r á pidas en un entorno de producci ó n masiva.

33. Dureza Knoop El ensayo de dureza Knoop es un m é todo de prueba de microdureza que mide la resistencia de un material a la penetraci ó n. Es particularmente ú til para evaluar materiales fr á giles o capas superficiales muy finas, como recubrimientos cer á micos, ya que su indentador produce una huella menos profunda que la del ensayo Vickers.

34. Importancia de los Ensayos de Dureza Control de Calidad: Garantizan que los materiales cumplan con las especificaciones de dureza necesarias para su aplicaci ó n. Por ejemplo, una herramienta de corte debe ser lo suficientemente dura para no deformarse durante su uso. Correlaci ó n con Otras Propiedades: La dureza a menudo se correlaciona con la resistencia a la tracci ó n de un material, lo que permite estimar una propiedad a partir de la otra, ahorrando tiempo y costos en pruebas.

35. Desarrollo de Materiales: Ayudan a los ingenieros a evaluar los efectos de los tratamientos t é rmicos, las aleaciones o los procesos de fabricaci ó n en las propiedades de un material. Predicci ó n de Rendimiento: La dureza es un indicador clave de la resistencia al desgaste de un material, lo que es vital para componentes como engranajes, rodamientos y moldes.

36. Reporte de resultados Dureza/Carga/Diámetro del indentador/Tiempo Para un material que se le aplic ó una carga P = 187.5Kg , con un penetrador cuyo di á metro fue D = 2.5 mm durante un tiempo t = 30 seg ., donde se obtuvieron 75 grados de dureza Brinell : 75 HB / 187.5 / 2.5 / 30

37. Identadores Los indentadores de dureza son herramientas de prueba utilizadas en ensayos de dureza para forzar un penetrador de forma y material espec í ficos en la superficie de un material, con el fin de medir su resistencia a la deformaci ó n pl á stica o indentaci ó n.

38. Los tipos m á s comunes de indentadores incluyen bolas de acero y pir á mides de diamante, que se emplean en m é todos de ensayo como Brinell, Rockwell, Knoop y Vickers para determinar la dureza de diversos materiales

39. Preguntas Definici ó n de dureza y la importancia del ensayo de dureza en los Tratamientos T é rmicos La dureza es la resistencia de un material a la deformaci ó n pl á stica localizada, como la penetraci ó n, la indentaci ó n, el rayado o la abrasi ó n. Es una propiedad mec á nica superficial, no es una propiedad fundamental como la resistencia o la ductilidad, pero se relaciona con ellas. En t é rminos simples, un material es m á s duro si es m á s dif í cil de "hundir" o "ara ñ ar".

40. L os ensayos de dureza son la herramienta principal para el control de calidad y la verificaci ó n de resultados en los tratamientos t é rmicos. Ofrecen un m é todo r á pido y econ ó mico para asegurar que el proceso de modificaci ó n de las propiedades de un material haya sido exitoso.

41. ¿ Cu á les son las cargas m á s utilizadas en el ensayo de dureza en el ensayo Brinell y cu á l es el di á metro del identador en el laboratorio de Materiales ? Las cargas se especifican seg ú n la relaci ó n P/D 2 , donde P es la carga en kgf y D es el di á metro del indentador en mm. Las cargas m á s comunes son: Acero y fundici ó n de hierro: La relaci ó n es 30. Las cargas m á s comunes para el indentador de 10 mm son 3,000 kgf o 1,500 kgf. Aleaciones de cobre y latones: La relaci ó n es 10. La carga m á s com ú n es 1,000 kgf con un indentador de 10 mm. Aleaciones de aluminio y otros metales blandos: La relaci ó n es 5. La carga m á s com ú n es 500 kgf con un indentador de 10 mm.

42. ¿ Por qu é se escoge un á ngulo de 136 ° en el penetrador de la escala Vickers ? El á ngulo de 136 ° en el penetrador de diamante de la escala Vickers fue elegido para optimizar la medici ó n de dureza en una amplia variedad de materiales, ya sean duros o blandos. Este valor no es arbitrario; se seleccion ó para que la huella de indentaci ó n sea geom é tricamente similar a la del ensayo de dureza Brinell en su rango de dureza ideal, manteniendo la consistencia entre ambos m é todos.

43. ¿ Por qu é las gr á ficas de % contra dureza Brinell presenta un comportamiento alto y en el Vickers un comportamiento linea ? La raz ó n principal de la diferencia en el comportamiento de la curva (% contra dureza) se debe a c ó mo la geometr í a del indentador y la carga aplicada interact ú an con el material, especialmente con aceros y otros metales.

44. La dureza Brinell utiliza una bola esf é rica como indentador. En materiales m á s duros, esta esfera tiende a deformarse o aplanarse m á s, lo que puede afectar la precisi ó n de la medici ó n. Efecto de Aplanamiento: A medida que la dureza del material aumenta, la huella de la bola Brinell se vuelve proporcionalmente m á s ancha en relaci ó n con la profundidad. No Linealidad: Debido a que el á rea de la superficie de la huella no es directamente proporcional a la carga en materiales m á s duros, la relaci ó n entre el porcentaje de un elemento de aleaci ó n y la dureza Brinell no es lineal. En cambio, puede mostrar un comportamiento no lineal o una tendencia a "aplanarse" en los valores m á s altos, ya que la bola ya no puede penetrar eficazmente.

45. El ensayo Vickers utiliza un indentador de diamante en forma de pir á mide con una geometr í a constante, independientemente de la carga o el material. Geometr í a Constante: La forma de la pir á mide hace que las huellas sean geom é tricamente similares, sin importar la carga aplicada. Esto significa que el á rea de la huella es directamente proporcional al cuadrado de la longitud de la diagonal.

46. Proporcionalidad Lineal: Como la huella mantiene su proporci ó n, la relaci ó n entre la carga y el á rea de la huella es lineal. Esto se traduce en una relaci ó n lineal entre el porcentaje de un elemento de aleaci ó n y el valor de dureza Vickers. Rango Amplio: El m é todo Vickers es mucho m á s vers á til y preciso para materiales duros que el Brinell, lo que lo convierte en un est á ndar para medir la dureza en un amplio rango de durezas.

47. ¿ Cu á les son los tiempos de aplicaci ó n de carga recomendados para a) hierros y aceros, b) Aluminio, cobre y sus aleaciones y c) Pb o Sn y sus aleaciones. Qu é pasar í a si aplicamos una carga por un tiempo menor o mayor a los recomendados. ? a) Hierros y Aceros: Se recomienda un tiempo de aplicaci ó n de carga de 10 a 15 segundos. b) Aluminio, Cobre y sus Aleaciones: El tiempo de aplicaci ó n de carga recomendado es de 30 segundos. c) Plomo (Pb) y Esta ñ o (Sn) y sus Aleaciones: El tiempo de aplicaci ó n de carga debe ser de 60 a 120 segundos. Para estos metales blandos, la duraci ó n de la carga es m á s cr í tica debido a su fluencia (creep) a temperatura ambiente.

48. Tiempo menor al recomendado: Si se aplica la carga por un tiempo insuficiente, el metal no tendr á tiempo para deformarse completamente, lo que resultar á en una huella de menor di á metro. Esto llevar í a a un valor de dureza m á s alto de lo que realmente es el material, proporcionando un resultado incorrecto.

49. Tiempo mayor al recomendado: Si la carga se aplica por un tiempo excesivo, especialmente en materiales m á s blandos, el fen ó meno de fluencia (deformaci ó n pl á stica continua bajo una carga constante) har á que la huella sea m á s profunda y de mayor di á metro. Esto resultar í a en un valor de dureza m á s bajo de lo que realmente es el material, distorsionando el resultado.

50. Establezca las limitaciones del ensayo de dureza Brinell y las recomendaciones para que este ensayo y otros tengan validez. Limitaciones: Las principales limitaciones del ensayo de dureza Brinell son la falta de precisi ó n en materiales muy duros, el da ñ o que causa en la superficie, la lentitud del proceso y la dificultad de usarlo en piezas peque ñ as.

51. Validez a).- La superficie de las muestras deber á ser plana y estar libre de ó xido. b).- La distancia entre el borde de la muestra y la huella deber á ser cuatro veces mayor que el di á metro de la huella. c).- El espesor de la muestra deber á ser cuatro veces mayor que el di á metro de la huella. d).- La superficie de la muestra deber á estar libre de zonas descarburadas o cementadas.

52. Video https://www.youtube.com/watch?v=of-4pJbtqtY Medidor de dureza Rockwell, mira como se utiliza este durometro 29 feb 2024 BUENOS AIRES Medidor de dureza Rockwell, mira como funciona este dispositivo tan utilizado en la industria.

53. Referencia https://1drv.ms/u/s!AnOfY8dQOEQ3iC0TjtCioq0N9WBs (Askeland, Ciencia e Ingeniería de los materiales. Tercera Edición) https://jmcacer.webs.ull.es/CTMat/Practicas%20Laboratorio_archivos/dureza.pdf https://www.struers.com/es-ES/Knowledge/Hardness-testing