Laboratorio dureza

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 Carrera: Ingeniería Industrial
 Cátedra: Materiales Industriales 
INFORME LABORATORIO Nº1
TEMA: ENSAYO DE DUREZA Y TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS
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Fecha de presentación: 
Índice
1.ASPECTOS TEORICOS	1
1.1 DUREZA BRINELL	1
1.2 DUREZA LEEB	1
1.3 TRATAMIENTOS TERMICOS	1
2. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS	1
2.1 DUREZA BRINELL	2
2.2 DUREZA LEEB	3
3.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL	5
3.1 DUREZA BRINELL	5
Fórmulas y cálculos previos a los ensayos	5
Pasos necesarios para un correcto ensayo de carga	6
Medición del diámetro de la impronta	7
3.2 DUREZA LEEB	7
Preparación de la probeta	7
4.OBSERVACIONES EXPERIMENTALES	8
1.	DATOS EXPERIMENTALES	8
6. RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULOS EFECTUADOS	9
7.ANALISIS DE RESULTADOS	10
7.1 DUREZA BRINELL	10
7.2 DUREZA LEEB	11
7.3 POSIBLES CAUSAS DE DESVIACIONES	11
8. CONCLUSIONES	11
9.BIBLIOGRAFIA	12
	
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1.ASPECTOS TEORICOS 
La dureza puede definirse como la resistencia que un cuerpo opone a ser rayado o penetrado por otro dando una medida cualitativa de la resistencia del material.
1.1 DUREZA BRINELL
Se determina a través de un ensayo que consiste en aplicar gradualmente una carga “P” a través de un penetrador (bolilla) de un material mucho más duro que el material a ensayar. La carga una vez alcanzado el valor de ensayo se mantiene constante durante un tiempo determinado, lo que produce un el material ensayado deformaciones plásticas, que se evidencian por una impronta determinada.
Se mide con el valor HB (número Brinell) el cual es función de la carga aplicada y el diámetro de la huella resultante.
1.2 DUREZA LEEB
 	La dureza de Leeb se determina a partir de un método de medición de dureza por rebote mediante un equipo portátil. Se basa en un cuerpo con un percutor que es lanzado a una velocidad conocida, por la acción de un resorte generando una energía inicial, recorre una distancia corta hasta que toca la muestra y rebota en la superficie de ensayo. De acuerdo a la dureza y la elasticidad del material, una bobina de inducción electrónica mide de la velocidad del dispositivo de impacto antes y después de los contactos con muestra.
La dureza Leeb (HL) se define a partir del cociente de la velocidad de impacto VI y la velocidad de rebote VR. 
1.3 TRATAMIENTOS TERMICOS 
· El temple martensítico normal del acero hipoeutectoide consiste básicamente en un calentamiento hasta una temperatura superior a Ac3 (temperatura de austenización), un tiempo de mantenimiento a dicha temperatura y un enfriamiento rápido. Usualmente, este enfriamiento se realiza por inmersión de la pieza en agua o aceite.
· El revenido es el proceso de calentar un acero martensítico a una temperatura por debajo de la temperatura de transformación eutectoide con la finalidad de hacerlo más blando y más dúctil
2. EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS
El material de ensayo es acero hipoeutectoide (SAE 1040) del cual se utilizan tres probetas:
· Primera probeta: sin templar
· Segunda probeta: templada
· Tercera probeta: templada y revenida a 300ºC
2.1 DUREZA BRINELL
Para el ensayo de dureza Brinell, el equipo que se utiliza es una prensa hidráulica (Figura 1), la cual tiene una capacidad de 15 Tn (Marca HE – BU) y ha sido modificada con el fin de realizar la experiencia de penetración.
Figura 1 - Prensa hidráulica y aro dinamométrico.
 A la prensa se acopla un aro dinamométrico (Figura 2), que consiste en un anillo metálico y un dial que permite visualizar la fuerza aplicada con la prensa, a través de un dispositivo que contiene una bolilla de carburo de tungsteno de 5 mm de diámetro (Figura 3).
Figura 2 - Aro dinamométrico
Figura 3 - Penetrador (Bolilla de carburo de tungsteno)
Finalmente, para determinar el diámetro de la impronta que se logra con el equipo anterior, el dispositivo que se utiliza es un microscopio de medición, que tiene una escala y un iluminador (Figura 4).
Figura 4 - Microscopio de medición
2.2 DUREZA LEEB
El equipamiento utilizado es un durómetro marca Demeq modelo QH5 (Figura 5). Además, se utiliza un disco de acero (peso aproximado 2kg.) al cual se va a acoplar la probeta con vaselina para compensar el efecto de la componente elástica de la probeta.
Figura 5 - Durómetro Demeq QH5
3.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
3.1 DUREZA BRINELL
Para la determinación de la dureza de las probetas sin templar, templadas y revenidas por medio del ensayo de Dureza Brinell se procedió a realizar las actividades escritas en la Norma IRAM – IAS U 500 – 104: 1976, que consiste aplicar en forma gradual una carga P a través de una bolilla diámetro ‘‘D’’, y una vez que la carga alcanza el valor del ensayo, se mantiene constante durante un tiempo “t”, lo que produce en el material ensayado deformaciones plásticas, que se evidencian con una impronta de diámetro “d”, como se especificó en los aspectos teóricos.
Fórmulas y cálculos previos a los ensayos
Este método determina la dureza mediante la siguiente formula cálculo, dando como resultado un número definido como Dureza Brinell (HB):
Dónde:
P: Carga aplicada a la bolilla (kgf)
D: Diámetro de la bolilla (mm)
d: Diámetro de la impresión (mm)
HB: Número de dureza Brinell (kgf/mm2)
Carga P:
Dónde:
C = constante de ensayo (kgf/mm2)
La constante C depende de cada material. Para el acero es 30 (kgf/mm2)
Calculo de la carga a aplicar:
P=C×D2=30(kgf/mm2) ×(5mm)2
P=750 kgf
Numero de divisiones de la escala del dial a la que debe llegar la aguja indicadora para obtener la carga necesaria a aplicar.
Factor de calibración del aro dinamométrico: 14,535 kgf/división
Cálculo del número de divisiones del dial:
Velocidad con que se debe aplicar la carga.
Tiempo de aplicación: 15 segundos
Pasos necesarios para un correcto ensayo de carga
1) Verificar que la probeta cumpla con las especificaciones técnicas y de limpieza (las caras de la probeta deben estar paralelas y planas, como así también libres de óxido, grasa, etc.).
2) Colocar la probeta en la máquina de ensayo de tal manera que se cumplan las condiciones de ejecución del ensayo, ya que la probeta no debe moverse es necesario que apoye perfectamente sobre el soporte.
3) Aproximar el penetrador a la superficie de la probeta justo hasta que se establezca contacto entre ambos.
4) Comenzar la aplicación de la carga “P”, en forma paulatina y perpendicular a la superficie de la probeta, a una velocidad tal que se alcance la carga final en un lapso de 15 segundos (3,5 Divisiones/segundo).
5) Mantener la carga aplicada ‘‘P’’ durante 30 segundos y luego descargar la prensa.
6) Corroborar que la cara opuesta a la impresión no presente marca alguna
Figura 5: Curva de aplicación de la carga sobre la probeta
7) Repetir el ensayo seleccionando otro punto de la probeta, teniendo en cuenta las distancias mínimas entre borde de probeta – impresión y entre impresiones (El centro de una impresión y el borde de la probeta deben distar una distancia por lo menos 2 d y entre el centro de dos improntas debe haber como mínimo un valor de 3 d )
Figura 6: Distancias mínimas entre borde probeta – impresión y entre impresiones.
Medición del diámetro de la impronta
Para la lectura del diámetro de la impronta es necesario colocar el microscopio en forma perpendicular a la probeta, asegurándose que quede bien apoyado, luego se enciende la iluminación y se procede a realizar la medición, colocando la escala en el borde de la impronta.
Para cada impronta se realizan dos lecturas de los diámetros, rotando la probeta 90º. 
Se toma el promedio de las lecturas como el diámetro de la impronta.
Para el cálculo de la dureza Brinell, se promedia los cuatro resultados obtenidos de las improntas.
3.2 DUREZA LEEB
Preparación de la probeta
Para la lectura de la dureza se utiliza el Durómetro Demeq QH5 realizando el siguiente procedimiento:
1. Ajustar el durómetro seleccionando el método de dureza a ensayar, el tipo de material a utilizar, la posición del ensayo, la escala de dureza deseada.
2. Como las probetas a ensayar no sonlo suficientemente pesadas se debe acoplar la probeta a una base de apoyo mediante vaselina.
3. Se carga el disparador, remontándolo.
4. Se coloca el disparador perpendicular a la probeta en contacto con la misma.
5. Se dispara manteniéndolo firme.
6. Se realiza la lectura en la pantalla del dispositivo.
7. Se toma el promedio de las lecturas realizadas. Para cada probeta se debe proceder a efectuar 4 lecturas
4. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES
Los ensayos correspondientes a este laboratorio no fueron realizados por los alumnos del grupo, sino por la ingeniera Rosario Cornejo debido a la situación de pandemia.
	
1. DATOS EXPERIMENTALES
Dureza Brinell
Tabla N°1
	
	PROBETA SIN TEMPLAR
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	2,2
	2,1
	2,15
	2
	2
	2,1
	2,05
	3
	2,1
	2,2
	2,15
	4
	2
	2
	2
	Promedio general [mm]
	2,0875
Tabla N° 2
	 
	PROBETA TEMPLADA
	 
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	1
	1,1
	1,05
	2
	1,2
	1,2
	1,2
	3
	1,1
	1
	1,05
	4
	1
	1,2
	1,1
	Promedio general [mm]
	1,1
Tabla N° 3
	 
	PROBETA REVENIDA
	 
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	2,1
	2
	2,05
	2
	1,8
	2
	1,9
	3
	1,8
	1,8
	1,8
	4
	2
	1,9
	1,95
	Promedio general [mm]
	1,925
En todos los casos, nos referimos a “d” como al diámetro del casquete esférico
Dureza Leeb
Tabla N°4
	Medición
	Sin templar
	Templada
	Revenida
	1
	429
	585
	463
	2
	425
	578
	469
	3
	407
	562
	374
	4
	443
	573
	336
	5
	422
	536
	470
	6
	428
	541
	484
	Promedio
	425,67
	562,50
	432,67
6. RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULOS EFECTUADOS
Los datos obtenidos de las mediciones y la ecuación de dureza de Brinell se cargaron en una planilla de cálculo.
Tabla N°5
	
	PROBETA SIN TEMPLAR
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	2,2
	2,1
	2,15
	2
	2
	2,1
	2,05
	3
	2,1
	2,2
	2,15
	4
	2
	2
	2
	Promedio general [mm]
	2,0875
	HB [Kgf/mm2]
	209,1321685
Tabla N°6
	 
	PROBETA TEMPLADA
	 
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	1
	1,1
	1,05
	2
	1,2
	1,2
	1,2
	3
	1,1
	1
	1,05
	4
	1
	1,2
	1,1
	Promedio general [mm]
	1,1
	HB [Kgf/mm2]
	779,5303381
Tabla N°7
	 
	PROBETA REVENIDA
	 
	 
	Medición
	d1 [mm]
	d2 [mm]
	Promedio x medición [mm]
	1
	2,1
	2
	2,05
	2
	1,8
	2
	1,9
	3
	1,8
	1,8
	1,8
	4
	2
	1,9
	1,95
	Promedio general [mm]
	1,925
	HB [Kgf/mm2]
	247,7652307
7.ANALISIS DE RESULTADOS
7.1 DUREZA BRINELL
Según los datos que fueron obtenidos experimentalmente en el laboratorio sobre la probeta sin templar y la probeta templada podemos observar un aumento apreciable de la dureza BRINELL de la segunda probeta con respecto a la primera (casi el cuádruple) esto se debe al tratamiento de templado que aumenta la dureza superficial de la probeta.
	Con respecto a la probeta revenida se aprecia un valor de dureza mayor a la probeta sin templar, pero con una dureza inferior a la probeta templada, esto se debe a que el revenido reduce las tensiones producidas durante el proceso de templado.
7.2 DUREZA LEEB
Se puede apreciar que el valor numérico de la dureza de la probeta templada resulta mayor que las otras, y que el valor numérico de la dureza de la probeta revenida es mayor que la probeta sin templar, pero inferior a dureza de la probeta templada, teniendo concordancia con el método de dureza Brinell
7.3 POSIBLES CAUSAS DE DESVIACIONES
Es importante tener en cuenta que las propiedades de los materiales no tienen valores exactos. Es decir, aun cuando tuviéramos el instrumento de medida más preciso posible y un procedimiento completamente controlado, siempre tendremos cierta dispersión o variabilidad de los resultados que se obtienen en distintas probetas del mismo material. 
Existen muchos factores capaces de producir esta variabilidad, entre ellos el método de ensayo, las variaciones en los procesos de fabricación de la probeta, la acción del operador y el equipo de calibración del aparato de medida. Además, dentro del propio material pueden existir inhomogeneidades y/o ligeras diferencias de composición de un lote a otro. Desde luego, deben tomarse todas las medidas necesarias para que la posibilidad de errores en las medidas sea mínima, así como para mitigar aquellos factores que generan la variabilidad en los resultados.
Se debe tener en cuenta que esta dispersión y variabilidad de las propiedades de los materiales son inevitables y deben considerarse de forma apropiada. 
A pesar de la variación en las propiedades medidas, es conveniente especificar un valor "típico". Que en este caso es el promedio de los valores experimentales.
8. CONCLUSIONES
· Tanto con el ensayo de dureza Brinell como el de dureza Leeb podemos concluir que los resultados tienen concordancia con la teoría. La probeta templada posee mayor dureza, la revenida un poco menos de dureza y la probeta no templada resulto ser la menos dura. 
· Se pudo verificar que mediante la aplicación de un tratamiento térmico como el templado y revenido se logra modificar la estructura cristalina, las características físico – mecánicas y obtener por ejemplo un acero de mayor dureza que puede ser destinado para aplicaciones que requieren un gran desgaste.
· La impronta y la dureza se relacionan inversamente. Un acero sin templar tendrá una impronta de mayor diámetro que un acero templado y de un acero revenido pero la impronta de un acero revenido es menor que la de un templado y mayor que la de un acero sin templar. 
9.BIBLIOGRAFIA
· Smith, W. F., Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales – 2da ed. – Madrid: McGraw-Hill, 1993.
· Shackelford, J. F., Ciencia de materiales para ingenieros – 3raed- México: Prentice-Hall Hispanoamericana, 1995.
· Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, Norma IRAM – IAS U 500 -104, Buenos Aires, 1976.
· Askeland, Donald R., Ciencia e ingeniería de los materiales – México: International Thomson Editores, 2001.
· Apuntes de catedra
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