DUREZA EN METALES CONSIDERACIONES PREVIAS

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1 TEORÍA T UREZA EN METALES CONSIERACIONES REVIAS La ureza es una propiedades, no perfectamente definida, de los cuerpos sólidos que indica generalmente la resistencia que opone el cuerpo a la deformación. O bien la ureza, es la capacidad de una sustancia sólida para resistir deformación o abrasión de su superficie. Se aplican varias interpretaciones al término en función de su uso. En mineralogía, la dureza se define como la resistencia al rayado de la superficie lisa de un mineral. Una superficie blanda se raya con más facilidad que una dura; de esta forma un mineral duro, como el diamante, rayará uno blando, como el grafito, mientras que la situación inversa nunca se producirá. 90º Otras definiciones: "La mayor o menor resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o penetrado por otro" o " la mayor o menor dureza de un cuerpo respecto a otro tomado como elemento de comparación". La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la escala de dureza de Mohs, nombre del mineralogista alemán Friedrich Mohs que la ideó. En esta escala, diez minerales comunes están clasificados en orden de creciente dureza recibiendo un índice: Talco Yeso Calcita 3 Fluorita 4 Apatita 5 Feldespato 6 Cuarzo 7 Topacio 8 Zafiro 9 iamante 0 La dureza de una muestra se obtiene determinando qué mineral de la escala de Mohs lo raya. Así, la galena, que tiene una dureza de.5, puede rayar el yeso y es rayado por la calcita. La dureza de un mineral determina en gran medida su durabilidad. ara determinar los valores correspondiente a otros materiales se hace en referencia a la anterior escala, así por ejemplo el : lomo.5 Aluminio-Estaño Cobre-lata-Oro.5 a 3 latino-acero dúctil 4 a 5 Acero duro 6.5 Acero templado 8 rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..

2 or medio de este examen obtenemos características mecánicas importantes en forma rápida y no destructiva (en algunos caso) y permiten ser realizados en piezas ya elaboradas. MÉTOO E UREZA Si bien son muchas las propiedades de los materiales relacionados directa e indirectamente con el concepto de dureza, todas dependen de la característica de la deformación plástica del material. Se pueden clasificar en: ureza al rayado: Resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro, existiendo los siguientes métodos: ureza Mohs (Se usa para determinar la dureza de los minerales. rayado por otro más duro, se utiliza la escala vista anteriormente) Se basa en que un cuerpo es ureza Lima (Se usa en industria, en todo material templado la lima no "entra". ependiendo de si la lima entra o no sabremos si el material raya a la lima: ureza mayor de 60 RC, la lima raya al material: ureza menor de 60 RC ) ureza Martens (se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90, con una carga constante) ureza Turner (Es una variante de la dureza Martens. La dureza viene dada en función de los gramos necesarios,carga necesaria, para conseguir una deformación o raya de 0 micras. El valor de las carga será el valor de la dureza Turner). ureza elástica: Reacción elástica del material cuando se deja caer sobre él un cuerpo más duro. Metodo SORE ( S ): Se basa en la reacción elástica del material cuando dejamos caer sobre él un material más duro. Si el material es blando absorbe la energía del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide Método inámico o dureza al rebote ( L ) : Este método se basa en las medidas de las velocidades de impulsión y rebote de un cuerpo móvil impulsado por un resorte contra la superficie del material metálico a ensayar. ureza endular: Resistencia que opone un material a que oscile un péndulo sobre él. ureza por rebote ó UROSCOIO: Se basa en la reacción elástica que se produce al dejar caer un penetrador con forma de casquete esférico sobre el material a ensayar. Según la dureza del material se produce una reacción elástica en forma de ángulo que se traduce luego en unas tablas. A mayor dureza mayor ángulo y viceversa. ureza a la penetración: Resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro más duro tomado como referencia, seria la resistencia a la deformación plástica que opone un material al ser presionado por un penetrador determinado y bajo la acción de cargas preestablecidas, a través de la relación entre la carga aplicada y la impresión generada. Existen varios métodos como son rinell, Rockwell, Vickers y Knoop. rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..

3 UREZA RINELL 3 Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero muy duro durante un cierto tiempo t produciendo una impresión, que por resultar un calco de la porción de esfera que penetra, corresponderá a un casquete esférico. La dureza, comúnmente denominada "número rinell " resulta de dividir la carga aplicada por la superficie de dicho casquete. S S π.. h π..h ( Kg/mm ) La flecha o profundidad de la impresión h se determina directamente en el esferómetro de la máquina de ensayo. La penetración de la bolilla se mide con la carga aplicada, debiendo efectuarse la lectura rápidamente debido a que el tiempo de aplicación de carga es muy breve. a d R : iámetro de la bola d : iámetro de la huella ara evitar determinaciones que por su rapidez puedan ser erróneas, es más conveniente calcular el número rinell partiendo del diámetro de la impresión, que ofrece mayor facilidad y exactitud de medición al poder realizarse las veces que se estimen necesarias y en los aparatos más convenientes. h a a e la figura resulta donde es un cateto del triángulo rectángulo rayado a h S d h ( ) π.. π.. ( ) π.. ( ) 4 h ara medir el diámetro de la impresión o impronta se exige una precisión de 0,0 mm, por lo que es necesario el empleo de un microscopio de varios aumentos. Como en algunos materiales la penetración de la bolilla origina una elevación o lomo en el borde de la impresión (hierro, cobre) y en otros una depresión (algunos bronces), los valores de la dureza calculados en base a la flecha no coinciden con los obtenidos con el diámetro de la impresión, debido a que, la flecha h medida en esos casos no corresponde al casquete cuyo diámetro de impresión es d, valor empleado para el cálculo. rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..

4 RELACIÓN E LA UREZA CON LA RESISTENCIA E LOS ACEROS Es posible determinar en forma aproximada la resistencia estática de los materiales, conociendo la dureza rinell de los mismos, mediante el empleo de fórmulas empíricas que sólo son aplicables para un determinado número de ellos; así, por ejemplo, para aceros ordinarios y con menos de 0,8%C se tiene: σ ET 0,346 ara los aceros al cromo-niquel y algunas aleaciones de aluminio se adoptan valores muy próximos al visto (0,34 y 0,35), y para la fundición gris 0, de. ENSAYOS COMARALES - CONSTANTE E ENSAYO Tratándose de un método empírico, las durezas obtenidas sobre un mismo material sólo son comparables cuando dan impresiones geométricamente semejantes, lo que se cumple cuando el ángulo a de abertura del casquete es el mismo en todos los casos. Condición de comparación: d Constante 4 Si se realizan dos o más experiencias sobre un mismo metal, con cargas y bolillas distintas, imponiendo a todos el cumplimiento de la condición de semejanza y considerando que los valores de dureza deben ser iguales, es posible encontrar una relación entre las cargas y los penetradores que reemplace a la constante d/ y simplifique el empleo del método. Así para dos ensayos tenemos: Si y π.. d π... d. d d d d. d. reemplazando y realizando operaciones, nos queda: y e n f o r m a general:. const C. A esta relación se la llama constante de ensayo y se la adoptará teniendo prete los límites a los cuales las deformaciones de las bolillas, por la acción de la carga, no influyan en los resultados. rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..

5 Considerando que para obtener impresiones nítidas no es necesario que se preten con gran diámetro, lo que evita la aplicación de cargas elevadas, se fijan los siguientes límites: 0,5 < d < 0,5 or ejemplo: si se utiliza una bolilla de 0 mm de diámetro la impronta no puede ser mas grande que 5 mm y mas pequeña,5 mm. Teniendo en cuenta estas consideraciones, las normas IRAM 04 fijan el valor de la constante en base al material a ensayar. Aceros y fundiciones C 30 Aleaciones de cobre y aluminio C 0 Cobre y aluminio C 5 lomo, estaño y aleaciones C,5 ;,5 y 0,5 5 ENETRAORES Como penetrador normal del método rinell puede considerarse a la bolilla de 0 mm de diámetro, de acero muy duro ( 630 Kg/mm ), pudiendo emplearse en probetas de poco espesor las de 5 y,5 mm, aceptándose en todos los casos una tolerancia máxima en el diámetro de 0,5%. ara fijar la bolilla a utilizar en un ensayo las norma IRAM establecen que en ningún caso se ensayarán probetas cuyo espesor sea menor que el diámetro de la bolilla empleada. En general el diámetro de las bolillas puede tomarse de acuerdo al espesor del material, en base al siguiente cuadro: Espesor probeta e (mm) > 6 3 < e < 6 < 3 iámetro bolilla (mm) 0 5,5 TIEMO E ALICACIÓN E LA CARGA Las impresiones que se obtienen no dependen solamente del penetrador y de la carga aplicada, sino que también del tiempo de aplicación de ésta, muy especialmente en los materiales denominados "blandos", por lo que fue necesario fijar el lapso de ensayo para que los valores obtenidos puedan ser comparables. Así se estableció para aceros un tiempototal de 30 seg, o sea 5 seg para alcanzar la carga máxima y 5 seg de aplicación de ésta sobre el material, fijandose para metales más blandos un tiempo de aplicación de por lo menos 30 seg, debiendo llegarse al valor máximo de la carga en 5 seg. Las cargas empleadas en el ensayo varian desde 50 kgf hasta los 3000 kgf. La elección del penetrador y de la carga será correcta si luego de la experiencia no quedan marcas en la cara opuesta a la de la impresión, pues de ocurrir es de suponer que parte de la carga aplicada fue absorbida por la mesa de apoyo de la probeta, debiendo modificarse las condiciones de ensayo hasta cumplir con aquel requisito. Al dar un resultado de dureza rinell se usa la siguiente forma: 0 / 3000 / onde para indicar las características del ensayop se colocará como subíndice de la letra, símbolo de dureza rinell, el diámetro de la bolilla empleada (0), la carga aplicada (3000) y el tiempo de su aplicación (30). rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..

6 6 CONICIONES E ENSAYO ara tener valores exactos en un ensayo de dureza, deben seguirse las prescripciones siguientes: - Las caras de la probeta ensayada estarán perfectamente planas y paralelas; deberán estar bien pulidas para poder observar con claridad el contorno de la impresión, y al prepararlas se evitará todo calentamiento que pueda dar lugar al desarrollo de tensiones internas en el material. - La probeta no debe moverse durante el ensayo, para lo cual es necesario que apoye perfectamente sobre el soporte y que la carga actúe normal a su superficie. 3- El centro de una impresión y el borde de la probeta deben distar por lo menos d y del centro de otra impresión 3d. Esta condición se impone por el hecho de que la deformación que produce la penetración genera el efecto de " endurecimiento mecánico ", en las superficies adyacentes a la impresión. 4- espués del ensayo la cara opuesta a la impresión no debe pretar marcas. 5- En ensayos de materiales muy duros la nitidez de la impresión puede mejorarse mojando ligeramente el penetrador en ácido nítrico o coloreandolo con azul de prusia. En los casos que la recuperación del material sea muy grande, el borde de la impresión se hace más visible si se reviste a la probeta con un pigmento de color negro apagado. Medición de la impronta: ara medir el diámetro de la impresión o impronta (d) se realiza por medio de un microscopio micrométrico con lectura a la centésima de mm (0.0 mm) o de una lupa con retículo graduado, por lo que sólo será necesario colocar el cero del mismo tangente a un borde, efectúandose la lectura del diámetro mediante la tangencia de una de las divisiones con el borde opuesto. Impronta d d d + d d rof.: Gral. M.N.Savio Curso: Año iv ENSAYOS Fecha: ENSAYO E UREZA RINELL TeoT..