Transcript Diapositiva 1 - Ciencia de los Materiales

DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA MINERALOGICA :
La escala de dureza mineralógica es la resistencia que oponen los
materiales a ser rayados por otros , fue la primera de las escalas de
dureza . Fue establecida por F. Mohs en 1820.
Fijó la siguiente escala arbitraria de minerales
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Talco
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Feldespato
2
Yeso
7
Cuarzo
3
Caliza
8
Topacio
4
Espato
flúor
9
Zafiro o
Corindón
5
Apatito
10
Diamante
Escogidos estos minerales los demás tendrán valores
intermedios entre ellos
Por ejemplo: Plomo : 1.5 , aluminio : 2, Cobre y plata : 2.5 ,
hierro: 3.5 etc.
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DUREZA DE LOS MATERIALES
ENSAYO DE MARTENS:
Martens fue el primero en desarrollar una maquina para medir dureza,
se baso en el esclerómetro de Franz.
La dureza se determina en función de la oposición que un material
ofrece a ser rayado por un diamante de forma piramidal con un ángulo
en el vértice de 90º.
El principio se basa en un brazo en el que en un extremo está el
diamante y en el otro la carga, esta puede desplazarse a lo largo de una
corredera .
La dureza Martens se expresa en gramos, que son los que deben actuar
sobre el diamante para producir una raya sobre la probeta
El ancho de la raya es de 0.01 mm .
Por ejemplo: Dureza Martens del Pb 16.8, Cu: 37 ,
acero de baja aleación 73. acero duro : 145
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DUREZA DE LOS MATERIALES
ENSAYO DE MARTENS
DUREZA DE LOS MATERIALES
ENSAYO DE DUREZA A LA LIMA
Es el procedimiento mas simple y mas extendido para
apreciar la dureza de los metales.
En general se usa una lima de 8¨ x 1¨ x ¼¨ de espesor de
rayado simple y de dureza de 60 Rc.
Para hacer el ensayo mas fácil lo mejor es compararlo con
otro de dureza conocida.
Se da una serie de ¨golpes¨ de lima a la pieza a ensayar ,y
se trata de determinar el ¨sonido ¨metálico que produce.
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DUREZA DE LOS MATERIALES
Ensayos de Penetración
La Dureza como resistencia a la
penetración.
Resistencia que un material
opone a ser penetrado por otro.
La forma del penetrador,
esférico, piramidal o cónico,
produce una modificación total
en las zonas deformadas.
Para un mismo material depende
fundamentalmente del angulo de
penetracion
Los valores de dureza medidos en diferentes condiciones de ensayo o
mediante diferentes métodos difieren entre si,al provocar cambios en el
volumen del material plásticamente deformado.
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DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL: Consiste en comprimir una bolilla de
acero muy duro sobre la superficie del material a ensayar,
durante un tiempo t., produciendo una marca llamada
impronta, que es un calco de la esfera que penetra.
La dureza Brinell se calcula con la
formula : HB = P / S
S= π.D.h
HB= P / π.D.h ( Kg. / mm²)
Y como S es la superficie de un casquete
esferico la dureza Brinell se expresa.
2P
HB =
π.D ( D -
V
D² - d² )
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DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL:
Relación entre dureza Brinell y resistencia a la tracción: σT = 0,346 HB
Ensayos comparables: Las durezas solo son comparables si surgen de
iguales configuraciones, condicion que se cumple cuando se obtienen
impresiones geometricamente semejantes,o sea cuando el angulo α de
abertura del casquete esferico resulte igual.
Sen α / 2 = d /D = constante ( Condicion de semejanza)
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DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL:
CONSTANTE DE ENSAYO
Para 2 ensayos tenemos : HB1 = HB2
Operando tenemos :
P1 / D²1 = P2 / D²2 = constante =C
Para cada material hay una constante de ensayo que esta
relacionada con el diametro de la bolilla
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL
PENETRADORES: El penetrador Brinell standard es una bolilla de
acero de Ø 10 mm y 850 HV de dureza y tolerancia de ± 0.005 mm.
Cuando con 3000Kg, la impresion sea de 2,5 mm o menos, la bolilla
puede deformarse, no es valido el ensayo .
La relacion aceptable es 0,25 D < d < 0.6 D
Su valor optimo d = 0,375 D
El espesor de la probeta debe ser de 8 a 10 veces la penetracion
La relacion siguiente debe cumplirse:
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL
TIEMPO DE APLICACIÓN DE LA CARGA: La dependencia de la dureza de
la deformacion plastica hace que no dependa solamente del penetrador y
de la carga sino tambien del factor tiempo, en especial aquellos
materiales considerados blandos, para los aceros se establecio un
tiempo de 15 segundos , y para aquellos metales muy blandos 30 seg.
Como minimo llegando en algunos hasta 3 minutos.
Las cargas deben cumplir la relacion fundamental C = P / D²
Para indicar las caracteristicas del
ensayo se colocara como subindice
lo siguiente:
5 = Ø de la bolilla
HB 5/750/15
750 = carga aplicada
n
15 = tiempo de
aplicación de la carga
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA BRINELL
Ensayo de Dureza
El ensayo se realizara en una maquina de ensayos Rockwell, con una precarga
de 10 Kg.
Los valores de carga seran los siguientes para un diametro determinado:
Ø 5 mm
Ø 2,5 mm 187.5 Kg.
125 Kg
62,5Kg.
62,5 kg.
32,5 Kg.
Los diametros se mediran con una lupa graduada, y los valores de dureza se
pueden obtener por calculo o por tablas.
Se pueden obtener tomando los valores de la escala negra y determinando el
valor de la dureza por tablas.
Estudiar Guia de Trabajos Practicos de Dureza Brinell.
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA ROCKWELL; Se basa en la resistencia que opone un metal a
ser penetrado por otro.
El valor de la dureza se lee directamente
En el cuadrante de la maquina .
Actuan 2 cargas: una preliminar de 10 Kg.
La segunda, es la que produce la deformacion permanente y es de 50, 90 o 140 Kg.
Hay 2 penetradores : uno es un cono de
diamante de 120° y sirve para medir la
dureza de los materiales duros.
El otro es una bolilla de acero de Ø 1/16”,
que sirve para medir la dureza de los
materiales blandos.
La lectura se hace sobre un micrometro
que esta fijo en el aparato, tiene 2 escalas
graduadas una negra de 100 divisiones
para medir los valores realizados con el diamante, materiales duros.
Y una roja , con 130 divisiones para medir, cuando se usa bolilla,
materiales blandos.
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA ROCKWELL
Considerando que la medición de la profundidad se registra en una
escala de 100 divisiones,cada división mide 0,002 mm, verificamos
que el máximo registro corresponderá a una profundidad de 0,2 mm.
La escala negra para materiales duros tiene 100 divisiones, pero la
escala roja para materiales blandos tiene 130 divisiones, pero como
cada escala tiene la misma division, la escala roja esta corrida 30
divisiones .
Alcance de la escala negra de 0 a 100 = 0,20 mm
Alcance de la escala roja de 0 a 130 = 0.26 mm
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA ROCKWELL
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA ROCKWELL
ESCALAS DE DUREZAS
DUREZA DE
LOS
MATERIALES
DUREZA
ROCKWELL
Pasos
1, 2, 3
DUREZA DE
LOS
MATERIALES
DUREZA
ROCKWELL
Pasos:
3,4,5,6,7
DUREZA ROCKWELL
DUREZA DE LOS MATERIALES
AB es la diferencia de
penetraciones cuando actúa la
carga principal y cuando actúa la
carga preliminar
AC expresada en micronesAC es la
diferencia entre las profundidades
de la huella permanente cuando
actúen los 150 kg y la penetración
de la carga de 10 kg.
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA ROCKWELL SUPERFICIAL
Se utiliza para medir espesores muy pequeños o capas nitruradas etc.
Utiliza una sola escala de 100 divisiones, siendo el valor de cada division de
0,001 mm, a fondo de escala tendremos 0,1 mm.
Los penetradores son los mismos :
Cono de diamante de 120 grados y punta redondeada de 0,2 mm de radio.
Bolilla de acero de Ø 1/16”
Se utiliza una precarga de 3 Kg. en todos los casos
La carga suplementaria es 12, 27 y 42 kg.
Las escala son RN con penetrador de diamante.
(materiales duros)
RT con penetrador bolilla de acero. (materiales blandos)
Se denominaran R 15N, R 30N, R 45N, ( 12 +3), ( 27+3), (42+3)
R 15T, R 30T, R 45T.
El metodo de medicion es exactamente como el Rockwell Normal.
El tiempo de aplicacion de la carga es de 5 a 7 segundos.
DUREZA DE LOS MATERIALES
DUREZA VICKERS
La determinacion de la dureza Vickers es similar a la dureza Brinell, pues
se mide la carga por la seccion, el pentrador es una piramida de base
cuadrangular de 136° en el vertice.
HV = P / sup. Impresión
Sup= 4.l.ap/2
Haciendo deducciones llegamos a
HV = 1,854P/d² ( Kg. / mm² )
Se denomina “ Numero Vickers”
Las cargas pueden variar de 1 a 120 Kg.
Las maquinas normales tienen las siguientes
cargas: 1; 2,5; 5; 10; 20; 30; 50; 100 y 120 Kg.
El tiempo de aplicacion de la carga es de 10 a 15 seg
Los valores de dureza Vickers para aceros blandos
es de 120 y 170 y para duros de 800 a1000
DUREZA DE LOS MATERIALES
MICRODUREZA Knoop
La microdureza Knoop mide la
tension media entre el penetrador
y el material.
El penetrador Knoop esta
constituido por un diamante, que
en este caso esta tallado
formando un angulo de 172°30’
en 2 de sus aristas y las otras 2
,130°.
Se determina relacionando la
carga aplicada con el area del
romboide base de la impresion
en la que no debera tenerse en
cuenta la recuperacion elastica
del material.
Micro. Knoop= Carga/sup.base
P/Sp ( Kg/mm²)
DUREZA DE LOS MATERIALES
MICRODUREZA Knoop
Numero de dureza Knoop= HK = P/Cp l² = 14229 P/l² (Kg./mm² )
La carga que se utiliza es de 300 gr.
La profundidad que se alcanza en los metales mas duros es de
30 a 40 micrones.
La probeta normalmente debe incluirse y pulirse como para una
metalografia, deben seguirse todos los pasos, inclusive atacarla con
los reactivos convenientes.
DUREZA DE LOS MATERIALES
MICRODUREZA Vickers
Los penetradores Vickers son
los mismos que se usan en el
Normal, o sea es una piramide
de base cuadrangular de
diamante con un angulo de
136° entre sus aristas.
La dureza se obtiene por el cociente entre la carga aplicada y la superficie de la
impresion producida.
Microdureza Vickers : HmV + P/S ( Kg./ mm²)= 1854,36 P/d² (Kg./mm²)
La carga aplicada es de 300gr. Y se alcanza una profundidad de 3 a 4 micrones.
Tambien se aplican cargas de 100gr, cuando se requieren profundidades menores
DUREZA DE LOS MATERIALES
MICRODUREZA
Los aparatos que se utilizan
se llaman microdurometros,
contienen un microcospio y
un dispositivo que tiene el
diamante.
La carga se dispara mediante
un accionamiento a distancia
o automaticamente.
El ocular y el diamante estan
montados sobre un sistema
revolver, la carga se aplica en
el punto que se fijo con el
ocular
El ocular esta graduado de
manera que se miden las
diagonales con total
exactitud.
Los valores de dureza se obtienen
por calculo o por tablas.
DUREZA DE LOS MATERIALES
MICRODUREZA
CONDICIONES DEL ENSAYO
1- La superficie del material a ensayar debe estar preparada como
una probeta metalografica, inclusive atacada, según los
requerimientos.
2- La carga del ensayo sera funcion del espesor de la pieza y de la
nitidez de la impresión y se aplicara durante 15 a 20 seg.
3- El durometro debe estar libre de vibraciones
4- El valor de la dureza resultara del promedio de por lo menos 5
mediciones lo sufientemente distanciadas como para evitar el
endurecimiento por impresiones anteriores.