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INFORME CURSO DE ENSAYO DE MATERIALES
NILSON ROA LADINO
JOAN ALEXIS TORRES
CRISTIAN DAVID SARMIENTO GUARIN
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE- SENA
CENTRO DE GESTIÓN INDUSTRIAL
TECNOLOGÍA EN GESTION DE LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL.
BOGOTÁ D.C.
2013
INFORME CURSO DE ENSAYO DE MATERIALES
NILSON ROA LADINO
JOAN ALEXIS TORRES
CRISTIAN DAVID SARMIENTO GUARIN
Informe practica de ensayo de materiales.
Instructora especialidad
Luis Antonio Moreno
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE- SENA
CENTRO DE GESTIÓN INDUSTRIAL
TECNOLOGÍA EN GESTION DE LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL.
BOGOTÁ D.C.
2013
INTRODUCCIÒN
En este informe se encuentran plasmados todos los aspectos básicos de los
ensayos de materiales, Principalmente, ¿Qué son?, ¿Cuáles son? Y ¿para qué
sirven?
Mediante este también se determinaran aspectos fundamentales como las escalas
de dureza las cuales son fundamentales en el ejercicio del ensayo de materiales, y
su vinculación con las diferentes escalas como la rockwell y brinell.
También se evidenciara una práctica la cual tuvo lugar en el centro de gestión
industrial, en donde se desarrollaron y se pusieron en práctica todos los aspectos
antes mencionas.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERAL
Reconocer los aspectos Generales de los ensayos de materiales.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer los aspectos básicos de la ciencia de los materiales.
Reconocer Los diferentes tipos de ensayos de materiales y sus posibles usos.
Determinar la importancia de los ensayos de materiales y sus aplicaciones.
CONTENIDO
INTRODUCCIÒN.....................................................................................................3
OBJETIVOS.............................................................................................................4
OBJETIVOS GENERAL.......................................................................................4
OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................4
1 INFORME ENSAYO DE MATERIALES................................................................7
1.1 ¿QUE ES LA CIENCIA DE LOS MATERIALES, CARACTERÍSTICAS E
INFLUENCIAS SOCIO-CULTURALES EN EL DESARROLLO DE LA
HUMANIDAD?......................................................................................................7
1.1.1 Concepto..................................................................................................7
1.1.2 Características.........................................................................................7
1.1.3 Influencia socio-cultural, en el desarrollo de la humanidad......................8
1.2 QUE SON LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES...............................8
1.2.1 Propiedades físico-químicas:...................................................................8
1.2.2 Propiedades mecánicas.........................................................................12
1.3 QUE SON LOS ENSAYOS DE LOS MATERIALES, CLASIFICACIÓN Y
TIPOS.................................................................................................................15
1.3.1 Tipos de ensayos...................................................................................15
1.4 ENSAYOS DESTRUCTIVOS.......................................................................16
1.4.1. Ensayo de Tracción..............................................................................17
1.4.2. Ensayo de Compresión.........................................................................19
1.4.3. Ensayo de Cizallamiento.......................................................................21
1.4.4 Ensayo de Flexión..................................................................................22
1.4.5 Ensayo de Torsión.................................................................................23
1.4.6. Ensayo de Resiliencia...........................................................................25
1.4.7. Ensayo de Embutición...........................................................................26
1.4.8. Ensayo de Fatiga de Materiales............................................................27
1.4.9. Ensayo de Fluencia en Caliente............................................................28
1.4.10 Ensayo de embutición..........................................................................29
1.6 ENSAYOS DE DUREZA...............................................................................29
1.6.1 DUREZA ROCKWELL...........................................................................30
1.6.2 DUREZA BRINELL................................................................................32
1.6.3 DUREZA VICKERS................................................................................34
1.6.4 DUREZA KNOOP..................................................................................36
1.6.5 DUREZA SHORE...................................................................................38
2. INFORME DE ENSAYOS EN EL LABORATORIO............................................39
2.1 ENSAYO BRINELL.......................................................................................40
2.2 ENSAYO VICKERS......................................................................................41
2.3ENSAYO ROCKWELL B (HRB)....................................................................42
CONCLUSIONES...................................................................................................43
CIBERGRAFIA.......................................................................................................44
1 INFORME ENSAYO DE MATERIALES
1.1 ¿QUE ES LA CIENCIA DE LOS MATERIALES, CARACTERÍSTICAS E
INFLUENCIAS SOCIO-CULTURALES EN EL DESARROLLO DE LA
HUMANIDAD?
1.1.1 Concepto: La ciencia de los materiales, es aquella que se encarga del
estudio a profundidad de las propiedades físicas, químicas, mecánicas y
tecnológicas de los materiales utilizados en la elaboración de cualquier cosa o
producto, ya sea madera, hormigón, vidrio, acero, plástico, papel, etc.
1.1.2 Características: Una característica primordial de la ciencia de los materiales
es que están constantemente en la generación de nuevos materiales para para el
desarrollo de nuevas tecnologías que permitan el avance de
Figura 1 Edades de la humanidad
1.1.3 Influencia socio-cultural, en el desarrollo de la humanidad: A lo largo de
la historia, los materiales han influenciado a la humanidad de tal manera que esta
ha sido dividida en eras según el material utilizado. La utilización de estos
materiales en las distintas eras antes mencionadas permitió un desarrollo en sus
actividades diarias impulsándola a la evolución de la humanidad, tanto física como
psicológica.
La historia de la humanidad está dividida 5 eras hasta el auge de la revolución
industrial la cual permitió la modernización de la humanidad, estas están
establecidas cronológicamente de la siguiente forma:
Edad de piedra (hasta ~3000 A.C.)
Edad del cobre: orígenes de la metalurgia (5000 a 1500 A.C.)
Edad de bronce: desarrollo de aleaciones (2000 – 0 A.C.)
Edad de hierro (1000 A.C. – 1950 D.C.)
1.2 QUE SON LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
Es la clasificación de los materiales según sus propiedades, mecánicas, físicas,
químicas, tecnológicas y ambientales y estas están dadas de la siguiente manera:
1.2.1 Propiedades físico-químicas: Son aquellas que están estrictamente
relacionas con las reacciones del material frente a acciones externas.
1.2.1.1 Transparencia:
Figura 2 Transparencia
1.2.1.2 Oxidación:
Figura 3 Oxidación
1.2.1.3 Conectividad térmica:
Figura 4 Conectividad térmica
1.2.1.4 Conductividad eléctrica
Figura 5 Conductividad eléctrica
1.2.1.5 Dilatación térmica
Figura 6 Dilatación térmica
1.2.1.6 Densidad
Figura 7 Densidad
1.2.2 Propiedades mecánicas: Son las que están relacionadas con el
comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos. En estos podemos
distinguir:
1.2.2.1 Dureza
Figura 8 Dureza
1.2.2.2 Tenacidad, fragilidad
Figura 9 Tenacidad, fragilidad
1.2.2.3 Elasticidad
Figura 10 Elasticidad
1.2.3 Propiedades tecnológicas: Son las que están relacionadas con el
comportamiento de los materiales durante la fabricación. En estos se
encuentran los siguientes:
1.2.3.1 Fusibilidad
Figura 11 Fusibilidad
1.2.3.2 Ductilidad
Figura 12 Ductilidad
1.2.3.3 Maleabilidad
Figura 13 Maleabilidad
1.3 QUE SON LOS ENSAYOS DE LOS MATERIALES, CLASIFICACIÓN Y
TIPOS.
Los ensayos tienen como finalidad determinar las características de los materiales
1.3.1 Tipos de ensayos
1.3.1.1 Ensayos de características
1.3.1.1.1 Químico: Determinar la composición de los materiales.
1.3.1.1.2 Estructuras:
Cristales: Determinar la cristalización, se realiza mediante un microscopio
electrónico.
Microscópicos: Determinar el grano.
Macroscópicos: Determinar la fibra
1.3.1.1.3 Térmicos:
Puntos de fusión.
Puntos críticos.
1.3.1.1.4 Constituyentes: (Ej. Carburo de...)
1.3.1.2 Ensayos destructivos: (E.D.)
1.3.1.2.1 Ensayos de propiedades mecánicas:
1.3.1.2.2 Estáticos:
Durezas
Tracción
Compresión
Cizalladura
Flexión
Pandeo
Fluencia
1.3.1.2.3 Dinámicos:
Resistencia al choque
Desgaste
Fatiga
1.3.1.3 Ensayos tecnológicos: Determinan el comportamiento de los materiales
ante operaciones industriales
Doblado, Plegado, Forja, Embutición, Soldadura, Laminación,...
1.3.1.4 Ensayos No destructivos: (Por orden de importancia)
Rayos X.
Rayos Gamma: Se usa un isótopo reactivo, uso de radiografías.
Ultrasonidos.
Partículas magnéticas.
Líquidos penetrantes.
Corrientes Inducidas.
Magnéticos.
Sónicos: Es el más utilizado, un material sin grietas tiene un sonido agudo;
si el material tiene grietas el sonido es más grave
1.4 ENSAYOS DESTRUCTIVOS.
Los ensayos destructivos son pruebas que se le hacen a algunos tipos de
materiales tales como el acero; se les llaman destructivos porque son ensayos que
llegan a causar daños o rupturas a la pieza sometida al mismo, y con estos se
trata de averiguar el comportamiento de dicho material frente a esfuerzos físicos
como dureza, compresión, rozamiento, esfuerzos de tracción, etc.
De los diferentes tipos de ensayos podemos encontrar los siguientes más
destacados:
1.4.1. Ensayo de Tracción. Un cuerpo es sometido a tracción cuando sobre sus
secciones transversales se les aplican cargas normalmente repartidas, con objeto
de tender a producir su alargamiento o rotura. Cuando la probeta se encuentra
bajo un esfuerzo estático de tracción simple, en la medida que aumenta la carga,
se estudia esta con relación a las deformaciones que se van generando.
Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática aplicada
lentamente. Es el ensayo que mejor determina las características de resistencia y
deformabilidad presentadas por los materiales.
A partir de un estado simple de tensión se puede obtener, el límite de elasticidad,
la carga máxima y la resistencia estática, en donde con los valores se fijan los de
las tensiones admisibles
El grafico para este ensayo, nos permite deducir los puntos y zonas características
que son de gran importancia, obteniéndose el mismo directamente de la máquina.
Las probetas para estos ensayos pueden ser industriales o calibradas, con
extremos ensanchados, para facilitar su sujeción por parte de la máquina y
asegurar que la probeta sufra la rotura.
Con ayuda de la maquina universal que es la que se utiliza para la realización de
estos ensayos, se emplea una presión sobre el material el cual se logra mediante
placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.
Probetas sometidas al ensayo de tracción:
Y sus correspondientes resultados:
1.4.2. Ensayo de Compresión. Este ensayo consiste en aplicar a la probeta, en la
dirección de su eje longitudinal, una carga estática que tiende a provocar un
acortamiento en la misma y cuyo valor se irá incrementando hasta la rotura o
suspensión del ensayo.
Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido
deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de
volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección.
Es posible deducir que los materiales frágiles rompen prácticamente sin
deformarse, y los dúctiles, en estos materiales el ensayo carece de importancia,
ya que se deforman continuamente hasta las suspensión de la aplicación de la
carga, siendo posible determinar, únicamente a los efectos comparativos, la
tensión al límite de proporcionalidad.
El rozamiento con los platos de la maquina hace aparecer, un estado de tensión
compuesta que aumenta la resistencia del material, la influencia de estas
tensiones va disminuyendo hacia la sección media de la probeta, razón por la cual
se obtiene mejores condiciones de comprensión simple.
Probeta de sometida a un ensayo de comprensión:
Y su correspondiente resultado:
1.4.3. Ensayo de Cizallamiento. Es un ensayo de corte, el cual es el esfuerzo
que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contrarias, que no es de
mucha aplicación, ya que no permite deducir algunas de las características
mecánicas del material que es ensayado.
El esfuerzo de corte no se puede obtener prácticamente como un esfuerzo puro o
simple, pues va generalmente acompañado por otra de flexión, aunque también
tendrá una pequeña influencia en el valor obtenido la dureza del filo y la
penetración en cuña del mismo.
Se calcula el esfuerzo de corte como si se tratase de un cuerpo simple,
aplicándoselo a la fórmula de tensión.
1.4.4 Ensayo de Flexión. El ensayo de flexión se obtiene cuando se aplican sobre
un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que
provoque el giro de las secciones transversales.
Además de producirse el momento de flexión requerido, el material se superpone
a un esfuerzo cortante, cuya influencia en el cálculo de la resistencia del material
varia con la distancia entre apoyos, esto se debe a que mientras los flectores
aumentan o disminuyen, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes.
La grafica nos presenta el límite de deformaciones elásticas de los materiales
expuestos al ensayo.
Probeta sometida al ensayo de flexión:
Resultado de un ensayo de flexión:
1.4.5 Ensayo de Torsión. Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un
momento sobre el eje longitudinal de un material, como pueden ser sus ejes o
elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos.
Este ensayo se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al
eje de la pieza deja de estar contenida en el mismo plano formado inicialmente por
las dos curvas. En lugar de esto una curva paralela al eje se retuerce alrededor.
Se refiere al desplazamiento circular de una determinada sección transversal de
un elemento cuando se aplica sobre este un momento torsor o una fuerza que
produce una torsión alrededor del eje.
1.4.6. Ensayo de Resiliencia. Se conoce como resiliencia de un material a la
energía de deformación que puede ser recuperada de un cuerpo deformado
cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. Es la capacidad de memoria
de un material para recuperarse de una deformación, producto de un esfuerzo
externo.
Este ensayo se efectúa utilizando el péndulo de Sharpy el cual nos permite
determinar la tenacidad de un material. Son ensayos de impacto de una probeta
entallada, el péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. Es la diferencia
entre la altura inicial del péndulo y la altura final la que nos permite medir la
energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta.
1.4.7. Ensayo de Embutición. Es un proceso tecnológico de conformado plástico
que consiste en la obtención de piezas huecas con forma de recipiente a partir de
chapas metálicas.
En la embutición de una pieza se parte de una chapa que descansa sobre la
matriz, mientras el pisador la mantiene sobre esta y el punzón ejerce la presión
necesaria para conformar la pieza provocando la fluencia del material a través de
la cavidad abierta en la matriz. La pieza va a formarse en función de la forma de la
abertura de la matriz y la forma del punzón, mientras va a evitar el pandeo del
material.
1.4.8. Ensayo de Fatiga de Materiales. Se estudia a materiales que van a
conllevar algún servicio, como componentes de órganos de máquinas o
estructuras, deben tenerse en cuenta que las solicitaciones predominantes a las
que generalmente están sometidas no resultan estáticas, por lo contrario muchas
veces se encuentran afectados a cambios de tensiones, ya sean de tracción,
compresión, flexión, o torsión, que se repiten sistemáticamente y que producen la
rotura del material. Este tipo de rotura que necesariamente se produce en el
tiempo, se denomina fatiga.
En la clasificación de los ensayos de fatiga encontramos dos tipos:
Ensayo de fatiga de amplitud constante: Los ensayos de amplitud constante
evalúan el comportamiento a la fatiga mediante ciclos predeterminados de carga o
deformación, generalmente senoides o triangulares, de amplitud y frecuencia
constantes. Son de ampliación en ensayos de bajo como de alto número de ciclos,
ponderan la capacidad de supervivencia o vida de la fatiga por el número de ciclos
hasta la rotura y la resistencia a la fatiga por la amplitud de la tensión.
Ensayo de fatiga de amplitud variable: Cuando la amplitud del ciclo es
variable, se evalúa el efecto del daño acumulado debido a la variación de la
amplitud del esfuerzo en el tiempo. Son ensayos con alto número de ciclos
con control de carga serán más o menos representativos de las condiciones
de servicio a suceder.
1.4.9. Ensayo de Fluencia en Caliente. Es un ensayo que permite determinar el
incremento de deformación que sufre un material visco-elástico cuando está
sometido a una mecánica constante.
La tensión constante es aplicada, provocando deformaciones lentas o retardadas.
Este fenómeno resulta en materiales visco-elásticos, como los polímeros.
Este ensayo aplicado a materiales metálicos, se presentan cargas pequeñas
dentro del rango elástico, a altas temperaturas y durante tiempo prolongado, pero
sin embargo se observara que la deformación no desaparecerá completamente al
retirar la carga. Persiste una pequeña deformación que no es consecuencia de un
alargamiento de los granos, sino de un ligero desplazamiento de algunos granos
respecto de otros.
Los ensayos de fluencia se realizan para analizar las características resistentes de
los materiales en las condiciones que muestran un comportamiento visco-elástico.
1.4.10 Ensayo de embutición. Comprueba la capacidad de deformación de
chapas de materiales. Para ello se presiona el vástago sobre la chapa a ensayar,
hasta que se produce la primera grieta, entonces se comprueba cuanto se ha
introducido el vástago.
1.6 ENSAYOS DE DUREZA
La dureza de un material es la resistencia que opone a la penetración de un
cuerpo más duro. La resistencia se determina introduciendo un cuerpo de forma
esférica, cónica o piramidal, por el efecto que produce una fuerza determinada
durante cierta cantidad de tiempo en el cuerpo a ensayar. Como indicador de
dureza se emplea la deformación permanente (plástica). También podemos
determinar la dureza conseguida mediante un tratamiento de dureza.
A continuación se mencionan los tres tipos de ensayos de dureza más
importantes:
1.6.1 DUREZA ROCKWELL. Para los materiales duros se emplea como elemento
de penetración un cono de diamante de ángulo120º, y para los semiduros y
blandos una bolita de acero de 1/16”, deduciéndose la fuerza Rockwelld la
profundidad conseguida en la penetración. El cuerpo empleado para la
penetración se hace incidir sobre la superficie de la pieza a ensayar con carga
previa de 10Kg. La profundidad de penetración alcanzada constituye el valor de
partida para la medición de la profundidad de la huella. Después se aumenta en
140Kg la carga aplicada al cono (150Kg), y en 90Kg la aplicada a la bolita
(100Kg), bajándose nuevamente el valor previo. Se mide la profundidad de
penetración que queda y en la escala del aparato se lee directamente la
correspondiente dureza Rockwell.
Tabla de los materiales más comunes que se miden con Rockwell.
Hb penetrador Carga kgf material
Adicional total
B Bolilla 1/16” 90 100 Acero blando. Aleaciones de Cu y Al fundición
maleable
C Cono 140 150 Acero de alta dureza. Fundición perlitica
Maquina Y Equipo
La máquina de prueba consiste en un soporte rígido o yunque, sobre el que se
coloca la probeta y un dispositivo que aplica las cargas prefijadas a un penetrador
en contacto con la misma.
Penetradores
a) Penetrador De Diamante
.Este tipo de penetrador debe emplearse en pruebas de dureza para las escalas
A, C y D. Consiste en un cono de diamante cuyo ángulo es de 120º ± 0.5º y su eje
debe coincidir con la dirección de penetración con una tolerancia de ± 0.5º. La
punta es un casquete esférico con un radio de 0.200 mm. La forma del casquete y
el valor del radio del penetrador tienen una influencia importante en el valor de la
dureza obtenida. La anisotropía del diamante hace difícil el maquinado del mismo
en forma totalmente simétrica. Por lo cual es necesario comparar los resultados
obtenidos con un penetrador patrón sobre piezas patrón de diferentes durezas
b) Penetrador Esférico De Acero
Este tipo de penetrador debe emplearse en los ensayos de dureza para las
escalas B, E Y Consiste en un balín de acero templado y pulido, con un diámetro
de 1.588 mm ± 0.003 mm; Excepto para la escala E, que tiene un diámetro de
3.175 mm ± 0.004 mm. Dicho balín debe estar pulido y no debe presentar defectos
superficiales. Debe eliminarse y anularse la prueba si presenta una deformación
mayor a la tolerancia indicada anteriormente o cualquier otro defecto superficial.
En los dos tipos de penetrador debe evitarse la acumulación en el penetrador de:
polvo, tierra, grasao capas de óxidos, dado que esto afecta los resultados de la
prueba
A continuación se muestra la tabla con las escalas de dureza rockwell A, B y C
Símbolos de la
escala
Carga total f
(kgf)Penetrador Aplicaciones de las escalas
A 60 DiamanteAceros al carbono, cementados, productos de acero
delgado y aceros de superficies poco profundas.
B 1001,58 mm bola de
acero
Aleaciones de cobre, aceros de bajo carbono,
aleaciones de aluminio fundición maleable, etc.
C 150 DiamanteAceros, titanio y aquellos materiales cuya dureza sea
mayor a 100 HRB
1.6.2 DUREZA BRINELL. Se comprime una bola de acero templada, de diámetro
(D) 2,5; 5 ó 10mm, contra el material a ensayar con una fuerza P. Después de
liberar la carga se mide el diámetro (d) de la huella con un dispositivo amplificador
óptico. La dureza Brinell es un valor adimensional resultante de:
Cargas y diámetro de esfera usadas para el ensayo de dureza Brinell
CARGA EN Kg
Diámetro de la
esfera D en mm
30 D2 10 D2 5 D2 2.5 D2
10 3000 1000 500 250
5 750 250 125 62.5
2.5 187.5 62.5 31.2 15.6
Signo abreviado HB 30 HB 10 HB 5 HB 2.5
Máquina De Prueba
El equipo para la prueba de dureza Brinell generalmente consiste de una máquina
que soporta la probeta y aplica una carga predeterminada sobre un balín que está
en contacto con la probeta. La magnitud de la carga está limitada dentro de ciertos
valores. El diseño dela máquina de prueba debe ser tal que no permita un
movimiento lateral del balín o de la probeta mientras se está aplicando la carga.
Penetrador
El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10 mm de diámetro
con una desviación de este valor no mayor de 0.005mm en el diámetro. Puede
usarse el balín que tenga una dureza Vickers de por lo menos 850 usando una
carga de 98N (10 kgf) en materiales que tengan una dureza no mayor de 450 HB o
un balín de carburo de tungsteno en materiales con una dureza no mayor de 630
HB. La prueba de dureza Brinell no se recomienda en materiales que tengan una
dureza mayor de 630 HB. El balín debe ser pulido y estar libre de defectos; en las
pruebas de investigación o de arbitraje debe informarse específicamente el tipo de
balín empleado cuando se determinen durezas Brinell quesean mayores de 200.
Medición De La Huella
Diámetro
En la prueba deben medirse dos diámetros de la huella perpendiculares entre sí. Y
Su valor promedio se usa como base para calcular el número de dureza Brinell,
estas mediciones comúnmente son tomadas con un microscopio portátil a bajos
aumentos que tiene una escala fija en el ocular.
Tabla de algunos valores de dureza de los metales
MATERIAL HB
Acero SAE 1010 90 a150
Acero SAE 1020 110 a 130
Acero SAE 1030 130 a 155
Acero SAE 1050 165 a 185
Acero SAE 1080 210
Acero para herramientas templado 500
Fundición gris 180 a 190
Fundición sin tratar 210 a 220
Fundición recocida 150 a 160
Fundición templada y revenida 225 a 230
Níquel 61 a 70
Aluminio 23
Latón 52
1.6.3 DUREZA VICKERS. En este caso se emplea como cuerpo de penetración
una pirámide cuadrangular de diamante. La huella vista desde arriba es un
cuadrado. Este procedimiento es apropiado para aceros nitratados cementados en
su capa externa, así como para piezas de paredes delgadas de acero o metales
noférreos. La dureza Vickers (HV) se calcula partiendo de la fuerza en Newton y
de la diagonal en mm2 de la huella de la pirámide según la fórmula:
P: carga aplicada en N
d: Diagonal media de la huella en mm
Numero De Dureza Vickers
Existen tres tipos de ensayo de dureza Vickers caracterizados por diferentes
intervalos de fuerzas de ensayo.
Tabla de ensayos vickers
DESIGNACION SIMBOLO DE DUREZA Carga Nominal De Ensayo F En
N
Ensayo de dureza HV5 a HV100 49.03 a 980.7
Ensayo de dureza Vickers de
baja carga HV0.2 a < HV 5 1.961 a 49.03
Ensayo de micro dureza Vickers < HV0.2 < 1.961
Máquina De Prueba
El equipo para la prueba de dureza Vickers consiste generalmente de una
máquina que soporta la probeta y permite un contacto gradual y suave entre esta y
el penetrador, bajo una carga predeterminada que se aplica durante un periodo de
tiempo dado. El diseño de la máquina debe ser tal que no tenga balanceos o
movimientos laterales de la probeta y del penetrador, mientras se aplica o retira la
carga, se utiliza un microscopio de medición que generalmente va montado en la
máquina.
Penetrador De Diamante
El penetrador debe estar finamente pulido con aristas bien definidas. La base de la
pirámide debe ser cuadrada y sus caras opuestas deben formar un ángulo de
136º.Las cuatro caras del penetrador deben estar inclinadas simétricamente con
respecto al eje del mismo y terminar en un vértice afilado, o sea que la línea de
unión entre las caras opuestas no deben ser mayor de 0.001 mm de longitud. El
buen estado de la punta del penetrador es de considerable importancia cuando la
carga de prueba es pequeña y la huella también, por esta razón se recomienda
verificar periódicamente la punta del penetrador para evitar fallas.
Microscopio De Medición
Las divisiones de la escala micrométrica del microscopio, o de cualquier otro
dispositivo de medición, deberán ser tal que pueda medirse la longitud de las
diagonales de una huella con una aproximación de 5%, lo que sea mayor
efectuada en una probeta, con la superficie pulida.
1.6.4 DUREZA KNOOP. Es una prueba de micro dureza, un examen realizado
para determinar la dureza mecánica especialmente de materiales muy
quebradizos o láminas finas, donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas
para realizar la prueba.
Consiste en presionar en un punto con un diamante piramidal sobre la superficie
pulida del material a probar con una fuerza conocida, para un tiempo de empuje
determinado, y la hendidura resultante se mide usando un microscopio.
La geometría de esta marca es una pirámide ancha con una relación entre la
anchura y la altura media de 7:1 y con los ángulos de las caras respectivas de 172
grados para el borde largo y 130 grados para el borde corto. La profundidad de la
incisión puede ser aproximadamente de 1/30 de la longitud.2 La dureza de
Knoop, HK o KHN, se obtiene con la siguiente fórmula:
Dónde:
L = longitud de la hendidura en su eje largo
Cp = factor de corrección relativo a la forma de la hendidura, idealmente
0.070279
P = carga
Los valores de HK oscilan generalmente entre 100 y 1000, cuando se calcula en
las unidades convencionales de kgf·mm-2. Cuando se usa la unidad del sistema
internacional, el pascal, la transformación es: 1 kgf·mm-2 = 9.80665 MPa.
Entre las ventajas de esta prueba está que se necesita sólo una cantidad de
muestra muy pequeña, y que es válida para un rango muy amplio de fuerzas. La
desventaja más grande es la dificultad de tener que usar un microscopio para
medir la incisión (con una precisión de 0.5 micrómetros), y el tiempo necesario
para preparar la muestra y aplicar el hendidor.
Valores indicativos de la dureza KNOOP
Mineral Escala de Mohs Dureza Knoop
Talco 1 1
Yeso 2 32
Oro ~2.5 69
Calcita 3 135
Fluorita 4 163
Apatita 5 430
Ortoclasa 6 360
Cuarzo 7 800~900
Topacio 8 1.300~1.400
Corindón 9 2.000
Carburo de silicio ~9 2.480
Diamante 10 8.000~8.500
1.6.5 DUREZA SHORE. Con este procedimiento se mide con qué profundidad un
cuerpo penetra dentro de un material. El indentador se somete a una carga a
través de un muelle con unas características predeterminadas. Cuanto más
grande la dureza del material a ensayar, menor la profundidad de penetración y
mayor la carga aplicada.
Según la variación de las diferentes formas del indentador y las características de
los muelles se establecen una serie de escalas Shore diferentes. Las escalas más
conocidas son Shore A y D. Para aplicaciones específicas existen otras escalas,
tales como Shore B, C, 0, 00, 000, y D0.
El campo de aplicación comprende desde los elastómeros blandos (Shore A)
hasta los termoplásticos (Shore D).
TABLA ejemplos
ensayos shore.
Material durómetro escalaCasco duro 75 DGoma ebonita 100 A
Rueda dura de skateboard 98 A
Ruedas duras de tractor 50 D
Rueda blanda de skateboard
75 A
Parche de rueda de vehículo
70 A
Sellador de puertas 55 A
Banda de goma 25 ASorbothane 40 OOSorbothane 0 A
Pegamento de bicicleta 15-30 OO
Goma de mascar 20 OO
2. INFORME DE ENSAYOS EN EL LABORATORIO
Para poder llegar a la realización de los ensayos manejados en las sesiones, se
tuvo que manipular una probeta de 1 pulgada, la cual fue cortada con una hoja de
segueta y preparada para ser lijada, con el fin de pulirla para la mejor presentación
ante los ensayos.
La metodología para esto fue usar una gran variedad de lijas en agua de
diferentes calibres, las cuales nos permitían pulir la probeta. Empezando por una
lija de magnitud 80, que nos ayudó a bajar las ralladuras y líneas de mayor
connotación dejadas por el corte de la misma, posteriormente se usaron lijas de
mayor calibre, con el fin de ir reduciendo dichas líneas que con la sucesión de
estas pasando por lijas de magnitud 120, 240, 360, 400, 600 se hacían menos
notorias y sus dimensiones se iban haciendo más diminutas. Por último nos
encontrábamos con la lija de magnitud 1200 la cual nos dejaba lista la probeta con
los rayones ya muy reducidos a tal punto en el que no se veían, teniendo entonces
por terminada la parte de la utilización de lijas y dejando así la probeta lista para
que con un líquido especial conocido como lumina se le diera el proceso de pulido
y brillo antes de que esta pasara a los ensayos.
Teniendo así la probeta terminada y lista para realizar los ensayos registrados a
continuación:
2.1 ENSAYO BRINELL
En esta parte se realizó un ensayo en un durómetro, el cual se acondiciono con
una fuerza de 187 Kp (kilopondios) a una probeta de 10 mm. En este ensayo se
tomaron dos datos de la medición de la huella que se hizo en el durómetro. Estos
datos son:
*1.13
*1.08
En donde P: K*D2
K: fuerza aplicada
Luego de reemplazar los valores correspondientes en la formula, se obtiene como
resultado que:
El resultado de este ensayo es muy por debajo del resultado ideal que es con un
promedio de medida de la huella de 1.15, esto se pudo debe a que en el momento
del corte y respectivo lijado, la probeta quedo con muchas imperfecciones
ocasionando con esto un error a la hora de realizar el ensayo.
2.2 ENSAYO VICKERS
En esta parte se hizo el ensayo de vickers en el escleroscopio, se pone una
presión de 100 Kp a la probeta, luego de esto se procede a poner la probeta en un
durómetro universal para medir las dimensiones de la huella. Dado esto se tomó
los siguientes datos:
*1
*0.95
Dónde: P: carga aplicada en N
d: Diagonal media de la huella en mm
Luego de realizar el ensayo se procede a calcular la HV de la probeta, para esto
se deben tener en cuenta las dimensiones de la huella que se midieron
anteriormente en un durómetro universal. Obteniendo como resultado lo siguiente:
HV= 1.8544* p/d2
HV=195.07
Dado este resultado se define que se encuentra por fuera de los parámetros
establecidos para la probeta, esto se puede deber a que en el corte de la probeta
no se tuvo la suficiente exactitud para realizarlo, trayendo consigo un error a la
hora de realizar los ensayos correspondientes. Todo esto podría cambiar si la
diagonal media de la huella fuera de 1.2 mm.
2.3ENSAYO ROCKWELL B (HRB)
Se realizó este ensayo con un identador de 1/16” en una esfera de acero con
una maquina llamada durómetro, a la cual se le pone una carga de 100 Kp
(kilopondios) sobre la probeta, la cual fue sometida a tres pruebas para poder
calibrar la máquina. Luego en la cuarta prueba nos arroja el siguiente resultado:
Probeta: HBR B91
El resultado de dureza rockwell B es de B91, el cual es aceptable según los
parámetros establecidos para la probeta.
Esto nos dice que según los parámetros este ensayo se encuentra bajo control, ya
que esta en los rangos establecidos.
CONCLUSIONES
Se conocieron los diferentes aspectos generales de los ensayos de materiales en
donde se identificaron características como como dureza, flexibilidad, resistencia,
fragilidad rigidez; Las cuales sirvieron para determinar las diferentes
particularidades y propiedades de los materiales que son utilizados en los
diferentes ensayos de materiales.
Se distinguieron las diferentes escalas de dureza las cuales eran utilizadas en los
diferentes ensayos de materiales y las cuales abarcaban una gran cantidad de
ellas. Las más utilizadas son las escalas de dureza rockwell, brinell y Vickers , las
cuales fueron evidenciadas en la práctica de ensayo de materiales realizada en las
sesiones de aprendizaje.
Se desarrollaron diferentes ensayos de materiales en las distintas sesiones de
aprendizaje en donde se conocieron y manipularon las diferentes maquinas
utilizadas y los diferentes materiales que son utilizados para ello. Donde se
plasmaron la importancia de los ensayos de materiales, la cual es la importancia
de conocer la dureza, flexibilidad, fragilidad entre otros lo cual nos permitirá elegir
los mejores materiales en el momento de ser necesario para su utilización, lo cual
nos permitirá un excelente y fiable producto final.
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