Elaborado por: Ing. Enrique J. García Colina

Transcripción

1 Elaborado por: Ing. Enrique J. García Colina

2 Objetivo general: Determinar experimentalmente la dureza Rockwell. Objetivos específicos: Mostrar tipos de durezas, procedimiento para realizar el ensayo, preparación de la muestra. Conocer las principales partes del durómetro DUPLEX 713 marca HOYTOM S.L Comparar la dureza de los materiales tratados térmicamente. Fundamentación teórica. La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza y se la suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son: 1) Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración) 2) Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote) 3) Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste) 4) Resistencia al rayado (dureza por rayado). Independientemente de las definiciones enumeradas, en general podemos decir que la Dureza puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material, o la resistencia que ofrece el mismo para ser penetrado, rayado y a la abrasión. Esta se mide forzando la indentación de un penetrador en la superficie del metal. El penetrador, que normalmente tiene forma de bola, pirámide o cono, está fabricado con un material mucho más duro que el material a ensayar. Por ejemplo, el empleado en estos penetradores suelen ser de aceros templados, carburo de tungsteno o diamante. Tipos de durezas: Dureza Brinell, Vickers y Knoop Estos métodos de determinación de dureza, están limitados a probetas cuyo espesor sea mayor a 10 veces la profundidad h de la impresión, para el caso de la dureza Brinell y 1,5 veces la diagonal mayor de la impresión, para las durezas Vickers y Knoop, de forma tal que sobre la cara opuesta de la superficie ensayada no aparezca ninguna deformación después de efectuado el ensayo. Para el ensayo de superficies curvas, el radio de curvatura debe ser mayor de 25 mm, para una bola de 10 mm de diámetro en la dureza Brinell; y debe ser

3 mayor de 5 mm, para las durezas Vickers y Knoop. Un radio de curvatura menor a los señalados será objeto de convenios especiales entre las partes interesadas. No se recomiendan los ensayos de dureza Brinell por encima de 627 BHN. DUREZA BRINELL El ensayo de dureza Brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra ver figura. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, (ver figura 1) por lo que: H B = P πdh [ Kg mm 2] La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material. P β d D Fig. 1. Esquema básico de un ensayo Brinnell Dureza Vickers El penetrador, en este caso consiste en una pirámide de diamante, recta de de base cuadrada, cuyo ángulo entre caras opuestas por el vértice debe ser iguala 136 con una tolerancia de ± 0,5 (Véase Fig 2a). Las cuatro caras del penetrador deben estar igualmente inclinadas respecto al eje del mismo, con aproximación de 0,5 y en caso de no encontrarse en un punto geométrico, la arista que une dos caras opuestas debe ser de una longitud inferior a 0,5 μm (Véase Fig. 2b).

4 Fig. 2a Fig. 2b Dureza Knoop Consiste en una pirámide de diamante, recta de base rómbica, cuyos ángulos en los bordes longitudinales y transversales son de min (± 5 min) y min respectivamente. (Véase Fig. 3a.). En caso de que las caras no se encuentren en un punto geométrico, la arista que une dos caras opuestas debe ser de una longitud inferior a 1 μm. (Véase Fig. 3b). Fig. 3a 3a Fig. 3b

5 Dureza Rockwell. El estándar ASTM E define la dureza Rockwell como un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de máquinas calibradas, 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 permanente de la impresión bajo condiciones específicas de carga. Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia: Para el cono de diamante HR = 100 h 0,002 Para las bolas de acero HR = 130 h 0,002 De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto tope para que haya coherencia; a menor profundidad de penetración mayor será el número de Rockwell y viceversa. En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinas de Rockwell de manera automática realizan estas operaciones, como es nuestro caso, que para el ensayo utilizaremos un durómetro en donde se puede leer de manera directa la dureza de la pieza ensayada. 1. De la pieza a ensayar : La prueba se llevará a cabo en una superficie lisa y uniforme que está libre de cascarilla de óxido, materia extraña, y en particular, completamente libre de lubricantes. Se hace una excepción para metales reactivos, tales como el titanio, que pueden adherirse al penetrador. En tales situaciones, un lubricante adecuado, tal como queroseno puede ser utilizado. De ser el caso debe quedar por escrito en el informe. La preparación debe llevarse a cabo de una manera tal que no se altere la dureza de la superficie (por ejemplo, debido al calor o trabajo en frío). El espesor de la pieza a ensayar debe ser lo indicado en la tabla 1 y 2, las cuales fueron diseñadas, sobre estudios realizados a tiras de acero al carbono los cuales dan resultados fiables. Para todos los demás materiales se recomienda que el espesor deba exceder 10 veces la profundidad de indentación, con un indentador de diamante, y de 15 veces con otros indentadores. En ningún caso la deformación o penetración debe ser visible en la parte posterior de la pieza ensayada.

6 Tabla N 1 Tabla N 2 ESPESOR MÍNIMO IN MM Lectura de la dureza ESCALA ROCKWELL A C Dureza aproximada Lectura marcada escala *C *Estos valores son aproximados y solo se usan para seleccionar una escala adecuada. ESPESOR MÍNIMO IN MM Lectura de la dureza ESCALA ROCKWELL F B Dureza aproximada Lectura de dureza escala *B *Estos valores son aproximados y solo se usan para seleccionar una escala adecuada.

7 Tabla 3. Cargas Normales de Ensayo y Tolerancia para la Escala Rockwell A, B y C Unidades Rockwell A Cono de Diamante Rockwell B Esfera de Acero Rockwell C Cono de Diamante Precarga F 0 Carga F 1 Carga F total Precarga F 0 Carga F 1 Carga F total Precarga F 0 Carga F 1 Carga F total Kgf 10 ± 0,2 50 ± 0,25 60 ± 0,45 10 ± 0,2 90 ± 0, ± 0,65 10 ± 0,2 140 ± 0,7 150 ± 0,9 N 98 ± 1,9 491 ± 2,5 589 ± 4,4 98 ± 1,9 883 ± 3,7 981 ± 4,6 98 ± 1, ± 6, ± 8,8 Tabla 4 materiales a ensayar según el tipo de escala Rockwell A Rockwell B Rockwell C Materiales duros en extremo, carburos de tungsteno, entre otros. Materiales de dureza media, aceros al carbono bajos y medios, latón, bronce, entre otros Aceros endurecidos, aleaciones endurecidas y revenidas (tratadas). Descripción general del durómetro a utilizar En nuestro caso particular contamos en el laboratorio con un durómetro Rockwell modelo 713 SRD el cual cuenta con un microprocesador modelo DIGIDUR, desarrollado por la HAYTOM, SL, aquellos equipos que poseen este modelo, presenta las siguientes características: a. Calculo directo de la dureza en función de la profundidad de la huella. b. Un teclado de membrana y pantalla de cristal líquido. c. Facilita el manejo de varios idiomas (español, francés e inglés). d. Control en la secuencia del ensaño. e. Introducción de tolerancias, tiempos de aplicación de la carga, valor de corrección, factor de estabilidad y formatos de salida. f. Selección de 30 métodos de Rockwell y 3 Brinell, con tolerancias y tiempos de corrección entre otros. g. Conversión entre diferentes métodos de medidas, Rockwell, Brinell, Vickers, (dureza) N/mm 2, Kp/mm 2 (resistencia) y µm (profundidad de la huella). Componentes principales del durómetro. En la fig. 4 abajo verán los principales componentes del durómetro.

8 Fig. 4 partes del durómetro Menús. Al encender el durómetro, vera en la pantalla en la línea superior la información y mensajes, mientras que en la línea inferior podrá visualizar los resultados numéricos. Por ejemplo: HRC : n : X kp/ mm 2 52,3 : 12 : 52,9 198 Nota: Al encender el durómetro la selección es automática y el método de medida es el HRC, es decir en la línea superior vera algo similar. HRC : kp 120

9 Menus en la línea 2 Menú 1: Para realizar en ensayo según el método seleccionado. Ensayo - TEST - Essai Menú 2: Para cambiar el método o parámetros, como tiempo de carga, tolerancia máxima y mínima, correctores, otros factores y formatos. Método - METHOD - Methode Menú 3: Para seleccionar conversión a otro método, existen tablas en memoria para 22 métodos de conversión CONVERSION Menú 4: En esta pantalla se podrán visualizar y borrar las estadísticas y los últimos ensayos CONSULTA Menú 5: Para listar vía RS-232C el programa, estadísticas o los datos en impresora. Salida - OUTPUT - Sortie? Menú 6: En la misma se podrá comprobar el correcto funcionamiento de los captadores, detectores y relés MONITOR Como hacer un ensayo: Antes de iniciar cualquier ensayo, siga las instrucciones del docente y / o técnico, para la realización del ensayo los mismos se practicaran sobre piezas que se les suministraran en el laboratorio (salvo que se diga otra cosa antes de la practica) y a las mismas se le efectuaran como minino tres pruebas y luego se compararan las durezas de las mismas. 1. Pantalla inicial al encender el durómetro. HRC : Kp 120 Ensayo - TEST - Essai Esta es la condición inicial del menú, y desde aquí puede seleccionar un menú y /o iniciar el ensayo. Realicemos nuestro primer ensayo: 2. Al estar el durómetro sin pieza vera en la pantalla lo siguiente:

10 HRC > kp Aplicar la pre-carga: Coloque la pieza a ensayar en la meseta de apoyo y girar lentamente el husillo hasta hacer contacto entre la pieza y el penetrador, en este momento vera en la pantalla lo siguiente: HRC : > kp 120 >>>>>>>>>>>.. El símbolo > parpadeara indicando que debemos seguir avanzando hasta alcanzar la pre-carga; esto ocurrirá al completar la línea 2 con los símbolos >. Cuando se alcance la posición de pre-carga, la línea 2 mostrara: HRC : > kp 120 ===========.. En cuanto aparezcan los símbolos == debemos detener el avance del husillo por haber llegado a la pre-carga, y se deberá esperar un instante a que la lectura se estabilice; cuando la pre-carga sea estable, el símbolo == deja de parpadear y aparecen los símbolos > e I, lo cual nos indica que debemos aplicar la carga accionando la palanca hacia atrás (ver figura 1). 4. Aplicando la carga. La carga se aplica llevando suavemente la palanca de carga hacia atrás, cuando el procesador DIGIDUR detecta la carga sobre la pieza indica en pantalla lo siguiente. HRC : kp ,9 ( = parpadea) ( 150 parpadea) El valor de la carga parpadea indicando que la carga va en aumento; cuando se detecta la estabilidad de la carga aplicada, cesa el parpadeo y espera el tiempo de aplicación de carga que haya sido establecido (este tiempo se selecciona desde la opción método y por defecto se establece en 2 segundos de espera mínimo).

11 5. Retirar la carga. Al terminar el tiempo de carga, se deberá retirar ésta manteniendo aún la precarga. Esto se hace llevando nuevamente la palanca de cargas hacia adelante. HRC : kp ,9 ( < parpadea) ( 10 parpadea) Cuando se detecta que la carga se está retirando, el símbolo < y el valor de la pre-carga parpadean lentamente hasta que se detecta la estabilidad de la lectura con la pre-carga aplicada, y entonces fija la lectura o el valor de la dureza obtenida, por ejemplo: HRC : n : N.C 55,8 : 1 : N.C Lo cual significa: Dureza: 55.8 HRC Ensayos: n = 1 N.C Conversión No Seleccionada 6. Retirar la pieza ensayada. Después de obtenida la dureza, si se procede a retirar el husillo para sacar la pieza ensayada, se almacenara el valor de dureza calculado, y el dato sale por la salida serie RS -232C según el formato escogido, y en la pantalla se presenta además el valor medio y la conversión seleccionada. HRC : n : X : N.C 55,8 : 1 : 55,8 : N.C Si realizamos otro ensayo y seleccionamos conversión aparecerá algo similar. HRC : n : X : N/mm 2 55,8 : 1 : 55,8 : 2160

12 Nota: Si al iniciar el ensayo vemos en pantalla algo similar, esto significa que la pieza montada tiene la pre-carga, retire la carga e inicie de nuevo el ensayo. HRC : kp 120 Retirar - REMOVE - Retirer 7. Errores y avisos. Durante la realización del ensayo se pueden incurrir en algunos errores los cuales habrá una señal de aviso en la línea 2 de la pantalla, y la misma permanecerá hasta que no se pulse (I) dándose por enterado. Siempre que ocurra un error se recomienda retirar el husillo e inicial de nuevo el ensayo. Error F0. Ocurre al sobre pasar la zona de pre.carga. HRC : kp ,9 - ERROR F0 Error < 0. Por obtener durezas inferiores a cero. Esto significa que el método aplicado para la medida de dureza es erróneo. HRC : kp 120-3,9 ERROR < 0 = Error > 100. Por obtener durezas superiores a la escala. Esto significa que se ha cometido un error de manipulación. HRC : kp ,6 ERROR > 100

13 En la tabla número 5 se describen los accesorios del durómetro 713 SRD. Fig. N Nombre del accesorio 1 Meseta porta pieza plana de 54 mm de diámetro 2 Meseta porta pieza en V para cilindros de 10 a 70 mm de diámetro 3 Meseta porta pieza plana con resalte de 14 mm diámetro 4 Meseta porta pieza en V para cilindros de 03 a 10 mm de diámetro 5 Penetrador Rockwell de cono de diamante Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 1/16 de diámetro 7 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 1/8 de diámetro 8 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 2,5 mm de diámetro 9 Penetrador Rockwell de bola de metal duro de 5 mm de diámetro 10 Placa patrón de dureza HRC 11 Placa patrón de dureza HRB 12 Placa patrón de dureza HR-30N 13 Placa patrón de dureza HR-30T Tabla 5. Accesorios FIG. 5 ACCESORIOS DEL DURÓMETRO 713 SRD

14 Referencias bibliográficas Manual de inspección PDVSA, volumen 1. Ensayo de Dureza en materiales metálicos. Manual de Instrucciones DURÓMETRO DUPLEX 713 SRD Norma ASTM E Norma venezolana COVENIN SMITH William. Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales.