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2011 - 2do Cuatrimestre




Ensayo de dureza
Concepto de dureza
• Diferentes conceptos asociados con el comportamiento
  de la superficie de los cuerpos.
• Tipos: ->por rayado
             ->por penetración
                    ->por rebote
• Por penetración: diferentes indentadores.
• Definiciones más comunes: dureza Brinell
                                   ->dureza Meyer
                                       ->dureza Vickers
• Condiciones generales del ensayo
• Ensayo de dureza Rockwell
• Ensayos de microdureza
Dureza
Ensayo No destructivo

Se evalúa la resistencia de un material a ser indentado por
  otro.
• Se aplica una carga a un penetrador sobre el material
  que se quiere caracterizar y se mide el tamaño de la
  huella. Máquina se llama durómetro

Los indentadores pueden ser              Esferas
                                         Pirámides
                                         Conos
• Se puede estimar la resistencia a la tracción.
Algunas de las escalas más empleadas son:

• HBN (Hardness Brinell Number)

• HRA, HRB, HRC, .. (Hardness Rockwell series A, B, C, ...)

• VHN o HV (Hardness Vickers Number)

• KHN o HK (Hardness Knoop)
Otros ensayos de dureza por penetración
  • Ensayo Vickers: indentador piramidal de diamante,
    DPH= 1.854P/L2.
  • Ensayo Rockwell: Utiliza la profundidad de indentación
    como medida de la dureza, se registra en divisiones (es
    adimensional). Se debe indicarla carga y el penetrados
    (ej. RC 70).
  • Precauciones (generales) del ensayo:
  ->instrumental y muestra limpios, secos y libres de óxido
  ->superficie de la muestra plana y perpendicular al indentador
  ->control del espesor y espaciado respecto de bordes y marcas
  ->velocidad de aplicación de la carga

  -Conversión de relaciones de dureza: no hay relaciones de conversión
     universales porque no se mide una propiedad bien definida y los
     ensayos no se basan en el mismo tipo de mediciones.
  -Hay normas para aceros (ASTM, ASM, SAE, IRAM, etc).
  -Dependencia con la temperatura: H = A exp{-BT}.
Ensayo BRINELL

Indentador: Esfera de 10mm de acero con carburo de
   tungsteno.Carga: 3000kg



                                HBN =




                               Donde:
                               P: carga
                               D: diámetro de las esfera
                               d: diámetro de la impronta
Dureza Brinell
• Indentador: bolilla de acero de 10mm diam.
con una carga de 3000kg de 10-15s (para
materiales más blandos, 500kg o menos).
• Número de Brinell: carga/(área superficial)
                              P                   P             P
            BHN =                            =      =
                    π
                        D
                        2
                          (
                          D − D2 − d 2   )       πDt (π / 2) D 2 (1 − cos φ )

Relación de similitud geométrica:                         P    P2  P3
                                                           1
                                                            2
                                                              = 2 = 2
                                                          D1 D2 D3
• Observaciones: varía con la carga y tiene un máximo en un
  valor intermedio, está influenciado por el acabado
  superficial
Ensayo ROCKWELL A, C, D (HRA, HRC, HRD)


Indentador: Cono de diamante.

 Cargas:
 PA = 60 Kg
 PC = 150 Kg
 PB = 100 Kg




 Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t
Ensayo VICKERS
Indentador: Pirámide de diamante




 •HVN = 1,854
Dureza Meyer
• Dureza Meyer: carga /(área proyectada)
                              4P
                          MH = 2 = pm
                              πd
• Relación de Meyer:                  P = kd n '
(limitada si hay región plástica completa bajo la indentación)


• Observaciones: Menos sensible a la aplicación de carga; para
   materiales trabajados en frío es casi constante y para metales
   recocidos crece con la carga. Relación entre la ley de Meyer y la
   relación de Hollomon.
Durómetros
Curva de tensión-deformación verdaderas a
partir de un ensayo de dureza
• Del modelo elastoplástico resulta que
el material desplazado por el indentador
es tenido en cuenta por el decrecimiento
de volumen en la región elástica
(alrededor de la zona plastificada
inmediata a la impronta), por lo que
resulta:      p = 3σ
               m       0

• Método empírico (Tabor) con buenos resultados para
  muchos metales en la región elatoplástica, usando la
  relación anterior para cada valor de d/D y
           ε = 0 .2 d / D
Trabajo Práctico Laboratorio
            Nº2


  Estimación de la curva Tensión-
 Deformación mediante ensayos de
           indentación
Objetivos


• Obtener mediante ensayos de indentación información
  sobre el comportamiento elastoplástico de materiales.

• Evaluar la aplicabilidad de la técnica experimental
  empleada para los distintos materiales analizados.
Procedimiento Experimental
• Sobre las probetas de tracción ensayadas se realizarán
  ensayos de indentación.
• Se empleará una bolilla de 5 mm de diámetro y se indentarán
  las probetas con distintas cargas (desde 30 hasta 250 kg).
• Para cada carga se realizarán dos indentaciones y se medirá el
  diámetro de la impronta en cada caso, en dos direcciones
  ortogonales, obteniéndose un valor promedio.
• A partir de las expresiones presentadas anteriormente para
  cada punto P,d se determinarán σ y ε, obteniéndose un punto
  de la curva tensión verdadera-deformación verdadera.
Análisis de Resultados

• A partir de los puntos obtenidos de la curva σ – ε, se
  ajustarán y se obtendrá la expresión de Hollomon, para
  cada material, la cual será comparada con la obtenida
  en el ensayo de tracción, tanto gráficamente como a
  partir de los valores de las constates K y n.
Ley de Meyer
(limitada si hay región plástica
   completa bajo la indentación)
                                   P = kd           n'

  n’ = n+2



  • A partir de los puntos P,d se verificará el cumplimiento
  de la Ley de Mayer para los materiales analizados
Cálculo de Dureza – Estimación
              de Resistencia
- A partir de los valores obtenidos durante el ensayo se podrá
calcular la dureza Brinell para los distintos materiales, teniendo en
cuenta la semejanza geométrica (relación P, D) y la constante de
cada material (C).
- A partir de la dureza de cada material se pueden estimar los
valores de límite 0,2% y resistencia a la tracción para los distintos
materiales analizados, a través de las siguientes expresiones y
compararlos con los valores obtenidos en el ensayo de tracción.


          3.4*HB = σuts(MPa)
          σ0,2(MPa) = HB*(0.1)(n’-2) / 3*9.81

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Dureza

  • 1. 2011 - 2do Cuatrimestre Ensayo de dureza
  • 2. Concepto de dureza • Diferentes conceptos asociados con el comportamiento de la superficie de los cuerpos. • Tipos: ->por rayado ->por penetración ->por rebote • Por penetración: diferentes indentadores. • Definiciones más comunes: dureza Brinell ->dureza Meyer ->dureza Vickers • Condiciones generales del ensayo • Ensayo de dureza Rockwell • Ensayos de microdureza
  • 3. Dureza Ensayo No destructivo Se evalúa la resistencia de un material a ser indentado por otro. • Se aplica una carga a un penetrador sobre el material que se quiere caracterizar y se mide el tamaño de la huella. Máquina se llama durómetro Los indentadores pueden ser Esferas Pirámides Conos • Se puede estimar la resistencia a la tracción.
  • 4. Algunas de las escalas más empleadas son: • HBN (Hardness Brinell Number) • HRA, HRB, HRC, .. (Hardness Rockwell series A, B, C, ...) • VHN o HV (Hardness Vickers Number) • KHN o HK (Hardness Knoop)
  • 5. Otros ensayos de dureza por penetración • Ensayo Vickers: indentador piramidal de diamante, DPH= 1.854P/L2. • Ensayo Rockwell: Utiliza la profundidad de indentación como medida de la dureza, se registra en divisiones (es adimensional). Se debe indicarla carga y el penetrados (ej. RC 70). • Precauciones (generales) del ensayo: ->instrumental y muestra limpios, secos y libres de óxido ->superficie de la muestra plana y perpendicular al indentador ->control del espesor y espaciado respecto de bordes y marcas ->velocidad de aplicación de la carga -Conversión de relaciones de dureza: no hay relaciones de conversión universales porque no se mide una propiedad bien definida y los ensayos no se basan en el mismo tipo de mediciones. -Hay normas para aceros (ASTM, ASM, SAE, IRAM, etc). -Dependencia con la temperatura: H = A exp{-BT}.
  • 6. Ensayo BRINELL Indentador: Esfera de 10mm de acero con carburo de tungsteno.Carga: 3000kg HBN = Donde: P: carga D: diámetro de las esfera d: diámetro de la impronta
  • 7. Dureza Brinell • Indentador: bolilla de acero de 10mm diam. con una carga de 3000kg de 10-15s (para materiales más blandos, 500kg o menos). • Número de Brinell: carga/(área superficial) P P P BHN = = = π D 2 ( D − D2 − d 2 ) πDt (π / 2) D 2 (1 − cos φ ) Relación de similitud geométrica: P P2 P3 1 2 = 2 = 2 D1 D2 D3 • Observaciones: varía con la carga y tiene un máximo en un valor intermedio, está influenciado por el acabado superficial
  • 8. Ensayo ROCKWELL A, C, D (HRA, HRC, HRD) Indentador: Cono de diamante. Cargas: PA = 60 Kg PC = 150 Kg PB = 100 Kg Formula: HRA, HRC, HRD = 100 - 500t
  • 9. Ensayo VICKERS Indentador: Pirámide de diamante •HVN = 1,854
  • 10. Dureza Meyer • Dureza Meyer: carga /(área proyectada) 4P MH = 2 = pm πd • Relación de Meyer: P = kd n ' (limitada si hay región plástica completa bajo la indentación) • Observaciones: Menos sensible a la aplicación de carga; para materiales trabajados en frío es casi constante y para metales recocidos crece con la carga. Relación entre la ley de Meyer y la relación de Hollomon.
  • 12. Curva de tensión-deformación verdaderas a partir de un ensayo de dureza • Del modelo elastoplástico resulta que el material desplazado por el indentador es tenido en cuenta por el decrecimiento de volumen en la región elástica (alrededor de la zona plastificada inmediata a la impronta), por lo que resulta: p = 3σ m 0 • Método empírico (Tabor) con buenos resultados para muchos metales en la región elatoplástica, usando la relación anterior para cada valor de d/D y ε = 0 .2 d / D
  • 13. Trabajo Práctico Laboratorio Nº2 Estimación de la curva Tensión- Deformación mediante ensayos de indentación
  • 14. Objetivos • Obtener mediante ensayos de indentación información sobre el comportamiento elastoplástico de materiales. • Evaluar la aplicabilidad de la técnica experimental empleada para los distintos materiales analizados.
  • 15. Procedimiento Experimental • Sobre las probetas de tracción ensayadas se realizarán ensayos de indentación. • Se empleará una bolilla de 5 mm de diámetro y se indentarán las probetas con distintas cargas (desde 30 hasta 250 kg). • Para cada carga se realizarán dos indentaciones y se medirá el diámetro de la impronta en cada caso, en dos direcciones ortogonales, obteniéndose un valor promedio. • A partir de las expresiones presentadas anteriormente para cada punto P,d se determinarán σ y ε, obteniéndose un punto de la curva tensión verdadera-deformación verdadera.
  • 16. Análisis de Resultados • A partir de los puntos obtenidos de la curva σ – ε, se ajustarán y se obtendrá la expresión de Hollomon, para cada material, la cual será comparada con la obtenida en el ensayo de tracción, tanto gráficamente como a partir de los valores de las constates K y n.
  • 17. Ley de Meyer (limitada si hay región plástica completa bajo la indentación) P = kd n' n’ = n+2 • A partir de los puntos P,d se verificará el cumplimiento de la Ley de Mayer para los materiales analizados
  • 18. Cálculo de Dureza – Estimación de Resistencia - A partir de los valores obtenidos durante el ensayo se podrá calcular la dureza Brinell para los distintos materiales, teniendo en cuenta la semejanza geométrica (relación P, D) y la constante de cada material (C). - A partir de la dureza de cada material se pueden estimar los valores de límite 0,2% y resistencia a la tracción para los distintos materiales analizados, a través de las siguientes expresiones y compararlos con los valores obtenidos en el ensayo de tracción. 3.4*HB = σuts(MPa) σ0,2(MPa) = HB*(0.1)(n’-2) / 3*9.81