Dureza De Rockwell 3v1n2e

Dureza de Rockwell

24-05-2012

DUREZA DE ROCKWELL AUTORES Carlos Enrique Zelaya Echeverría 00026511, Joaquín Ernesto Villalobos Arriaga 00000410 Universidad Centroamericana José Simeón Cañas Ciencias de los Materiales Correos Electrónicos: [email protected]

COORDINADOR Ing. Manuel Pineda [email protected]

INSTRUCTORES: José Ricardo Durán Aguilar Víctor Enrique Dimas Valle

Grupo de Laboratorio:

07B Resumen En el presente trabajo se pretende aprender a determinar la dureza por medio del método de Rockwell para diferentes tipos de materiales, así como la comprensión de cómo y cuándo usar cada tipo de escala, según el material, la carga necesaria para cada escala y el indentador requerido. En el trabajo se hablará de la dureza como la resistencia que tiene un material a ser deformado plásticamente. Para la realización de la práctica se usó el equipo de laboratorio y diferentes materiales ferrosos y no ferrosos a los que se les determinó la dureza por medio de diferentes escalas.

Objetivos    

Determinación de la dureza Rockwell en muestras de diferentes metales. Aprender a seleccionar las diversas escalas de dureza Rockwell, de los materiales utilizados en la práctica. Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir las diversas escalas de dureza. Utilizando tablas de conversión, aprender a convertir los valores de dureza en valores de resistencia mecánica.

1. Introducción Teórica Se entiende por dureza, la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de o locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales de determinada forma y dimensiones. (Trujillo, 2009, pág.2) El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes micros estructurales del material. (Kehl, George, 2007)

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Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. (Kehl, George, 2007) 

Dureza Brinell

Una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la

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Dureza de Rockwell fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos (Kehl, George, 2007) El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. (Kehl, George, 2007)

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Para determinar la dureza en escala Rockwell se utiliza el durómetro de Rockwell, este aparato mide la dureza de los materiales aplicando una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, el cual produce una huella sobre el material. Así, en función del grado de profundidad o tamaño de la huella, se obtiene la dureza. (WB1226, 2004, pág.2)

2. Materiales y Metodología 

Dureza Vickers

Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor. (Kehl, George, 2007) El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada.

Tal penetrador es aplicado, bajo la acción de una carga P mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida las diagonales del rombo de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. (Kehl, George, 2007) 

Dureza Rockwell

El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada. El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. (Kehl, George, 2007) Una de las escalas establecidas para la medición de la dureza es la escala de dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Esta escala posee varias sub-escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación (Askeland, 2005, pág. 184) Hay dos tipos de penetradores: bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, 1/4 y 1/2 in. Y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º, el cual se utiliza para los materiales más duros. (Askeland, 2005, pág. 184)

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2.1 Materiales y Equipo 2.1.1 Materiales 1- Máquina automática digital LECO LR 100-RD para medir la dureza de Rockwell y todos sus instrumentos 2- Muestra de aluminio aleado 3- Muestra de acero de herramienta A2 con tratamiento térmico 4- Muestra de acero de herramienta A2 sin tratamiento térmico 5- Muestra de bronce al aluminio fundido 6- Muestra de acero de herramienta O1 7- Indentador cilíndrico 8- Indentador de forma de diamante

2.1.2 Sobre el equipo Acero herramienta tipo A2

Este acero tiene buena tenacidad, así como resistencia al desgaste. Maquinabilidad buena. Se emplea para fabricar punzones, cuchillas y herramientas de prensa que requieran de buena resistencia al desgaste. Otros residuales, valor máximo: Cu = 0.25% Ni = 0.30% Cu + Ni = 0.40% As + Sn + Sb = 0.040%

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Dureza de Rockwell Acero herramienta tipo O1 o acero inoxidable

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más popular, sin embargo, es como papel aluminio, que consiste en láminas de material con un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas. Por sus propiedades eléctricas es un buen conductor, capaz de competir en coste y prestaciones con el cobre tradicional. Dado que, a igual longitud y masa, el conductor de aluminio tiene más conductividad, resulta un componente útil para utilidades donde el exceso de peso resulta oneroso.

Bronce

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. es un acero de elevada pureza y resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la corrosión del hierro Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el molibdeno.

Aluminio

La utilización industrial del aluminio ha hecho de este metal uno de los más importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos, siendo hoy un material polivalente que se aplica en ámbitos económicos muy diversos y que resulta estratégico en situaciones de conflicto. Hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero. El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos domésticos e industriales, como pueden ser los de los telescopios reflectores. Su uso

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Bronce es toda aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción del 3 al 20 por ciento. El bronce fue la primera aleación de importancia obtenida por el hombre y da su nombre al período prehistórico conocido como Edad del bronce. Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas y utensilios, y orfebres de todas las épocas lo han utilizado en joyería, medallas y escultura. Cabe destacar entre sus aplicaciones actuales su uso en partes mecánicas resistentes al roce y a la corrosión, en instrumentos musicales de buena calidad como campanas, gongs, platillos de acompañamiento, saxofones, y en la fabricación de cuerdas de pianos, arpas y guitarras. Identadores

Identador de diamante

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Dureza de Rockwell

24-05-2012 2.2 Metodología

Primero se seleccionaron las muestras que iban a ser tomadas para determinar su dureza, eran dos materiales no ferrosos y tres ferrosos. Las diferentes mediciones se realizaron con una máquina automática digital LECO LR 100-RD para medir la dureza de Rockwell, con dos diferentes indentadores dependientes de la dureza del metal a conocerle la dureza en macro escala.

El Identador de diamante debe ser un cono con punta esférica altamente pulido. El ángulo debe ser de 120° 30´. El diamante se utiliza para medir dureza de metales demasiados duros.

Identador de bola de 1/8 de acero

La primera muestra tomada fue la del aluminio aleado con una escala HRB, con su respectivo indentador: una esfera de acero de 1/16’’ de diámetro y una carga con valor de 100. Con la máquina se hizo girar el pistón, hasta una altura donde ésta comenzó a hacer la cuenta de la dureza, en un punto en que una luz verde indicaba el set, a un número aproximadamente de 290, que es un valor predeterminado por la máquina, y luego la máquina mostró el valor de dureza calculado, y se tomo nota. Luego de esto, se tomó otra muestra no ferrosa, la placa de bronce, probando primero con una escala HRB, pero al hacer el procedimiento anterior, la máquina otorgó un numero negativo, esto no se puede tomar en cuenta y se cambió la escala, el indentador sigue siendo el mismo que en el anterior; solo que esta vez se utilizó para la medición la escala HRF, con carga de 60; ésta sirve para aleaciones de cobre recocido y laminas finas de metales blandos.

Sirve para medir metales más blandos como el aluminio, bronce, etc.

Leco, modelo LR 100-RD

Luego, se realizó la medición de dureza a la muestra de acero de herramienta A2 con un tratamiento térmico no adecuado, se utilizó la escala HRC, para lo cual se cambió de indentador, y se puso en la máquina el cono de diamante con ángulo de 120°, que soporta una carga de 150. Luego se realizó la medición del mismo acero de herramienta A2 pero esta vez con tratamiento térmico adecuado, y se utilizó la misma escala HRC, 150 con una carga de 150, con el mismo indentador que la muestra anterior. La última muestra, que es la del acero de herramienta tipo O1 en forma de cilindro, se midió en la escala HRC de Rockwell, con una carga de 150 y se utiliza el mismo indentador de las dos muestras anteriores.

3. Resultados y Discusión

Es un equipo para medir la dureza de un metal, es automático, tiene todos lo sufijos relacionados con sus cargas. El determina automáticamente la fuerza según la profundidad q logra alcanzar con el Identador.

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*Para pasar de valor de dureza Rockwell de un acero curvo a Vickers se le suma 0.5 al promedio de Rockwell y después se interpola.

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Dureza de Rockwell Acero

Acero herramie nta N° 1

Acero herramie nta N°2

Acero herramie nta

Tipo de acero

Sufi jo

Valor de dureza Rockwell

Valor en Vicke rs

A2 con tratamie nto térmico adecuad o

HR C

Prueba:

331.14

A2 con tratamie nto térmico no adecuad o

HR C

O1

HR C

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Se puso a prueba tres tipos de acero herramienta dos del tipo A2 y uno O1, estos aceros se usan en partes de maquinarias o equipos de trabajo, su dureza es según la necesidad. Entre todos los aceros herramientas del tipo A2, el que tiene el mejor tratamiento térmico logra tener mejor dureza, en este caso es:

1. 33.4 2. 33.0 3. 34.0 Promedio 33.46 Prueba:

91.815

1. 11.8 2. 11.1 3. 12.0 Promedio 11.63

N°3

Prueba: 1. 2. 3.

444.92

43.3 46.9 44.4

De los aceros herramienta evaluados entre e A2 Y O1 el que logro la mayor dureza es el tipo O1:

Promedio 44.86+0.5=44. 91 Bronce fundido

No ferroso

HRF

Prueba:

585.28

1. 55.2 2. 53.0 3. 55.2 Promedio 54.46

Aluminio

No ferroso

HR B

Prueba:

605.8

En toda la prueba el metal con mayor dureza es el aluminio.

1. 53.7 2. 56 3. 57.1 Promedio 55.6

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4. Conclusiones 

En la metalurgia no es la imagen del metal el que determina la estructura interna del metal ni el peso, aparentemente el acero herramienta O1 es más pesado q el aluminio y se siente más fuerte pero al hacer el análisis metalográfico de la dureza se demuestra que el aluminio tiene una mayor dureza que el acero O1.



Los aceros con tratamientos térmicos de mala calidad no llegan a lograr una dureza adecuada para un acero herramienta de trabajo intenso, en cambio el acero con tratamiento térmico adecuado son excelente para trabajo con desgaste, esto quiere decir que el tratamiento térmico de un metal es indispensable para sus propiedades.



Las aleaciones de aluminio son muy livianas, pero por las propiedades resistentes del aluminio como su dureza son adecuadas para trabajos duros, por ejemplo las aleaciones de aluminio para motores de combustión interna.



El tipo de indentador y la carga aplicada de cada escala (dentro del método de Rockwell) dependen del tipo de material y las propiedades que este tenga, es conveniente empezar por la escala de mayor dureza porque de lo contrario la punta del penetrador puede ser deformada, en caso de que el material sea más duro que él.

5. Recomendaciones   

Equipar el laboratorio con una máquina para al menos un tipo más de medición de dureza, o utilizar la que se tiene para rebote dinámico al menos de forma demostrativa, y si es muy delicada con supervisión del catedrático, para poder observar otro tipo de medición. Que los instructores den mayor información sobre el equipo, o algún consejo de que no se debe hacer. Hacer en la práctica una demostración de la imprecisión que podría presentarse en la medición si la superficie del material no está bien limpia y lisa, para hacerse una idea de la importancia que es esto en la medición, y que tanto la afecta.

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6. Normas ASTM  ASTM E18-79 Define a la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, por el usa de una máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido, bajo condiciones específicas contra la superficie del material a ser ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad de la deformación permanente bajo condiciones específicas de carga.  ASTM E140 – 07 Define las Tablas de conversión estándar de los niveles de dureza de los metales entre las escalas Brinell, Vickers, Rockwell, Knoop y Shore.  ASTM E10 Define al método de Brinell, que consta en la determinación de la dureza al introducir una esfera de material resistente en la superficie del metal y luego midiendo el diámetro de indentación dejado por la esfera.  ASTM E 92 Define al método de dureza de Vickers el cual consiste en un indentador piramidal con Angulo de 136° que es presionado contra la superficie del material a una carga predeterminada. La indentación resultante es medida de diagonal a diagonal.

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