Ensayo de Dureza

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Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”
Vice-Rectorado “Luís Caballero Mejías”
Núcleo Guarenas
Laboratorio de Materiales
Carla Rodríguez201220143
Aymar Romero 2013200174
RESUMEN
En la práctica se realizaron tres tipos de ensayo de dureza, el Brinell, el Rockwell y el Vickers, para determinar a través de ellos la dureza superficial de los materiales y conocer de este modo la dureza del acero, bronce y aluminio, con la finalidad de realizar la posterior comparación entre estos materiales y además conocer las ventajas y desventajas que tienen cada uno de estos métodos así como la precisión de los mismos al determinar la dureza de un material.
En el ensayo de dureza Brinell y Vickers se midió el diámetro de la huella dejada por un indentador y una carga aplicada en cada una de las muestras, estos ensayos arrojaron como resultado en el caso del Brinell, un índice de dureza de 191 en el acero, de 118 en el bronce y de 52,2 en el aluminio; y en el caso del Vickers, un índice de dureza de 196 en el acero, de 135 en el bronce y de 56,7 en el aluminio. No obstante en el ensayo de dureza Rockwell se midió la altura de la huella dejada por un indentador y una carga aplicada específica en cada una de las muestras, de esta forma, se obtuvo un índice de dureza de 23,3 en el acero, de 76 en el bronce y de 78 en el aluminio.
Asimismo, el acero presentó un índice de dureza mayor que el del bronce y este mayor al del aluminio. Además se apreció que cada método presenta ventajas y desventajas que los hacen particulares y que en especial el ensayo de dureza Rockwell, fue el más preciso a la hora de medir la dureza del material a comparación con los otros métodos.
MARCO TEÓRICO
· Dureza: es una medida de la resistencia de un metal a la deformación permanente (plástica) en su superficie. Se mide forzando con un penetrador sobre su superficie.El material del penetrador, que es usualmente una bola, pirámide o cono, está hecho de un material mucho más duro que el material bajo ensayo. 
· Ensayo de dureza: mide la resistencia de la superficie de un material a la penetración por un objeto duro.
· Ensayo de dureza Brinell: una esfera de acero duro, se oprime bajo la superficie del material. Se mide el diámetro de la impresión generada y se calcula el número de dureza o índice de dureza Brinell (abreviado como HB) a partir de la ecuación siguiente:
Para espesores menores de la muestra y para materiales más duros que el penetrador, este tiende a sufrir grandes deformaciones que impiden la obtención de una huella clara y fiable, por lo que, se ejecuta el ensayo con cargas distintas, lo que hace necesario el empleo de un penetrador de distinto diámetro
· Ensayo de dureza Rockwell:consiste en medir la profundidad de la huella, utilizando como penetrador una pequeña bola de acero para materiales blandos y un cono de diamante de ángulo en el vértice de 120°, con un extremo esférico de 0,2 mm de diámetro para materiales más duros. La profundidad de la penetración es medida automáticamente por el instrumento y se convierte a índice de dureza Rockwell (HR).Las durezas Rockwell deben siempre acompañarse de una letra que indique la combinación de la carga y penetrador empleados en la prueba. En la tabla 6-5 se relacionan las escalas de dureza Rockwell existentes, y además se muestran los penetradores, cargas y aplicaciones de los ensayos Brinell, Vickers y Knoop.
· Ensayo de Dureza Knoop: es una prueba de microdureza, que produce penetraciones tan pequeñas que se requiere de un microscopio para obtener su medición.
· Ensayo de dureza Vickers:es similar al Brinell. En él se usa como penetrador una pirámide de base cuadrada de diamante, totalmente indeformable; la huella tiene forma romboidal. La dureza Vickers se calcula a partir de la ecuación siguiente:
Una ventaja que tiene a diferencia del ensayo Brinell, es que la diagonal de una figura romboidal se determina con mayor precisión que el diámetro de un círculo.
· Índice de dureza:se utiliza principalmente como base de comparación de materiales; de sus especificaciones para la manufactura y tratamiento térmico, para el control de calidad y para efectuar correlaciones con otras propiedades de los mismos.
· Indentador: medio por el cual se va a aplicar una fuerza sobre una superficie. Evalúa cuanto el material va a ser deformado superficialmente.
· Carga aplicada: fuerza que se aplica con un indentador para causar la huella (indentación).
· Acero al carbono 1030: es una aleación que posee un 0.30% de carbono,tiene gran resistencia y dureza, por lo que se disminuye su deformabilidad. 
· Aluminio al 99% de pureza: es un metal que posee una resistencia muy baja a la tracción y unadureza escasa.
· Bronce de baja aleación: el 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 %.
· Materiales ferrosos:en su composición tienen principalmente hierro, como el acero o el hierro puro.
· Materiales no ferrosos:en su composición no contienen hierro.
· Durómetro:es un aparato que mide la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición. 
· Dureza a la abrasión:resistencia que la superficie cerámica demuestra hacia las acciones de desgaste relacionadas con el movimiento de cuerpos, superficies o materiales en contacto con ella
· Dureza a la penetración:resistencia que se mide a través de diversos métodos que se diferencian en la forma de los penetradores, en la carga que se aplica y en la forma de expresar el valor de la dureza. Los más importantes son los denominados Brinell, Vickers y Rockwell.
· Dureza elástica: mide la energía elástica que es capaz de absorber el material.El equipo para medir la dureza elástica se denomina escleroscopio. 
· Escleroscopio:dispositivo para medir la altura de rebote de un pequeño martillo con punta de sauco o diamante, después de que cae por su propio peso desde una altura definida sobre la superficie de la pieza a prueba.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
· Materiales:
· Acero al carbono 1030
· Bronce de baja aleación 
· Aluminio al 99% de pureza. 
· Herramientas: 
· Indentador de punta esférica de acero endurecido (d = 2.5 mm).
· Indentador punta de diamante de forma piramidal y base cuadrada.
· Indentador punta de diamante y forma cónica.
· Equipos:
· Durómetro (Wolpert D6700).
· Procedimiento de la práctica:
Para realizar el ensayo de dureza Brinell y el ensayo de dureza Vickers el procedimiento a seguir fue el siguiente:
1. Se coloca el indentador en el durómetro (esfera de acero endurecido para el ensayo Brinell, y punta de diamante de forma piramidal y base cuadrada para el ensayo Vickers)
2. Se comprueba que la muestra esté libre de irregularidades, y plana por ambos lados. 
3. Se desbasta la muestra con un papel abrasivo de grano 100 a 180, se limpia y se coloca en el durómetro.
4. Se ajusta la altura, de modo que se veannítidas las rayas de la muestra en la pantalla.
5. Se coloca la carga, se acciona la palanca y cuando esta llega arriba, se inicia el cronómetro (10 segundos para materiales ferrosos y 15 segundos para los no ferrosos).
6. Al cumplir el tiempo establecido, se para el cronómetro, se baja la palanca, y se ubica en la pantalla la huella, para moverla en el sitio más iluminado y medirla.
7. En el caso del ensayo Brinell, se mide el diámetro de la huella con una regla que tiene una apreciación de una centésima de milímetro y la perpendicular a la misma.
8. En el caso del ensayo Vickers, se miden las diagonales de la huella, con una regla que tiene una apreciación de una centésima de milímetro.
9. Se repite el procedimiento dos veces más con cada una de las muestras a estudiar, se obtiene el promedio de las medidas y se calcula el índice de dureza de cada una.
Para realizar el ensayo de dureza Rockwell, el procedimiento a seguir fue el siguiente:
1. Se coloca el indentador en el durómetro (indentador de punta de diamante y forma cónica para el acero y para la muestra de aluminioy bronce un indentador de punta esférica de acero endurecido).
2. Se comprueba que la muestra esté libre de irregularidades, y plana por ambos lados. 
3. Se coloca la muestra de modo que no hayan huecos donde se hayan calculado antes la dureza de este material con este método.
4. Se aplica una precarga de manera que el indentador toque la muestra.
5. Se ajusta el dial de manera que la aguja pequeña, llegue al punto rojo y la aguja grande se encuentre en 0.
6. Se coloca la carga, acciona la palanca y cuando esta llega arriba, se inicia el cronómetro (10 segundos para materiales ferrosos y 15 segundos para los no ferrosos).
7. Al cumplir el tiempo establecido, se para el cronómetro, se baja la palanca, y se determina la dureza rockwell con la medida indicada en el dial.
8. Se repite el procedimiento dos veces para cada muestra.
RESULTADOS
· Tablas de Datos:
	TABLA DE DATOS 1: ENSAYO DE DUREZA BRINELL
	MATERIAL
	CARGA APLICADA (KgF)
	MEDIDA 1 (mm)
	MEDIDA 2 (mm)
	MEDIDA 3 (mm)
	Acero al carbono 1030
	187.5
	1.08
	1.10
	1.10
	1.11
	1.10
	1.09
	
	
	
	
	
	
	
	
	Bronce de baja aleación
	62.5
	0.88
	0.88
	0.77
	0.75
	0.78
	0.80
	
	
	
	
	
	
	
	
	Aluminio al 99% de pureza
	31.25
	0.86
	0.85
	0.84
	0.84
	0.90
	0.90
	
	
	
	
	
	
	
	
	TABLA DE DATOS 2: ENSAYO DE DUREZA VICKERS
	MATERIAL
	CARGA APLICADA (KgF)
	MEDIDA 1 (mm)
	MEDIDA 2 (mm)
	MEDIDA 3 (mm)
	Acero al carbono 1030
	30
	0.55
	0.55
	0.50
	0.50
	0.55
	0.55
	
	
	
	
	
	
	
	
	Bronce de baja aleación
	30
	0.65
	0.63
	0.63
	0.64
	0.65
	0.65
	
	
	
	
	
	
	
	
	Aluminio al 99% de pureza
	30
	0.94
	0.98
	1.10
	1.0
	0.95
	1.0
	
	
	
	
	
	
	
	
	TABLA DE DATOS 3: ENSAYO DE DUREZA BRINELL
	MATERIAL
	CARGA APLICADA (KgF)
	MEDIDA 1 (mm)
	MEDIDA 2 (mm)
	MEDIDA 3 (mm)
	Acero al carbono 1030
	150
	23
	24
	23
	Bronce de baja aleación
	100
	74
	76
	78
	Aluminio al 99% de pureza
	60
	78
	77
	79
· Tablas de Resultados:
	TABLA DE RESULTADOS 1: ENSAYO DE DUREZA BRINELL
	MATERIAL
	DIAMETRO PROMEDIO DE LA HUELLA (mm)
	INDICE DE DUREZA
	Acero al carbono 1030
	1.09
	191/HB/2.5/187.5/15
	Bronce de baja aleación
	0.81
	118/HB/2.5/62.5/10
	Aluminio al 99% de pureza
	0.86
	52.2/HB/2.5/31.25/10
	TABLA DE RESULTADOS 2: ENSAYO DE DUREZA VICKERS
	MATERIAL
	DIAMETRO PROMEDIO DE LA HUELLA (mm)
	INDICE DE DUREZA
	Acero al carbono 1030
	0.533
	196/HV/30/15
	Bronce de baja aleación
	0.641
	135/HV/30/10
	Aluminio al 99% de pureza
	0.995
	56.7/HV/30/10
	TABLA DE RESULTADOS 3: ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL
	MATERIAL
	INDICE DE DUREZA
	Acero al carbono 1030
	23.3 HRc
	Bronce de baja aleación
	76 HRb
	Aluminio al 99% de pureza
	78 HRb
· Gráficos
· Cálculos Modelo:
· Dureza Brinell del Acero al carbono 1030:
· Dureza Vickers del Bronce de baja aleación:
· Diámetro promedio de huella:
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Durante el desarrollo de los tres ensayos se observó que el acero presento un índice de dureza mayor al del bronce y el aluminio. Esto se debe a que el acero 1030, es un material que tiene como característica fundamental, la alta resistencia y dureza, lo que disminuye su deformabilidad.
En el ensayo de dureza Brinell, se apreció que a pesar de haber aplicado una carga menor al aluminio a comparación con la del bronce, el aluminio presento una huella promedio más grande que este, pues el aluminio al estar al 99% de pureza, posee una dureza escasa, por lo que se deforma con más facilidad.
Asimismo se evidenció en las gráficas obtenidas de los ensayos de dureza, que el acero en el ensayo Brinell y Vickers presenta un índice de dureza alto en comparación con el aluminio y el bronce, pero en el ensayo de dureza Rockwell el índice de dureza del acero es menor debido a que en este ensayo se mide la diferencia de la altura entre la carga aplicada y la descargada, es decir la profundidad de la huella y no del diámetro superficial de la misma, por lo tanto, mientras menos sea perforada la muestra, el material será más duro y arrojara un resultado en el que el índice de dureza es menor.
No obstante, los índices de dureza obtenidos en el ensayo Brinell y el Vickers son similares, esto es debido al valor del ángulo del indentador utilizado en el ensayo Vickers (136° con el vértice).
Es importante señalar, que la práctica fue bien ejecutada, pues al comparar los resultados obtenidos en la misma y realizando los cálculos correspondientes, se apreció la similitud existente entre estos y los resultados esperados (tabulados).
CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de la práctica se verifico que: 
· La dureza es la resistencia a la deformación que posee un material que puede sermedida de forma superficial. 
· Los ensayos de dureza, comparan las propiedades mecánicas de los materiales y caracterizan a los mismos.
· Los métodos Brinell Vickers y Rockwell miden la dureza de materiales a través de la penetración.
· El ensayo Brinell y Vickers miden el diámetro de la huella dejada superficialmente.
· El ensayo Rockwell mide la dureza a través de la profundidad de la huella.
· El ensayo Brinell, fue menos preciso que el Vickers, por la geometría de huella y la formaen la que es medida.
· El ensayo Rockell fue el más preciso por su lectura directa en el dial.
· El indentador del ensayo Brinell depende de la carga aplicada y del espesor del material.
· El material del indentador del ensayo Vickers es indeformable.
· La dureza de materiales ferrosos como el acero 1030es mayor a la de materiales no ferrosos como el bronce de baja aleación y el aluminio al 99% de pureza.
Gráfica 1: Índice de Dureza Brinell vs Material
Serie 1	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Serie 2	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	191	118	52.2	Serie 3	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Material
Índice de Dureza Brinell
Gráfica 2: Índice de Dureza Vickers vs Material
Serie 1	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Serie 2	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	196	135	56.7	Serie 3	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Material
Índice de Dureza Vickers
Gráfica 3: Índice de Dureza Rockwell vs Material
Serie 1	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Serie 2	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	23.3	76	78	Serie 3	
Acero al carbono 1030	Bronce de baja aleación	Aluminio al 99% de pureza	Material
Índice de Dureza ROCKWELL