Informe de Dureza Brinell

1. Laboratorio de Mecánica de Materiales
Autor(es):
Christian Naranjo
Xavier Freire
Alexis Carrera
Andrés Toapanta
Sangolquí, 21 de Enero del 2015

2. Universidad de las Fuerzas Armadas [ESPE] 1
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1. Tema:
Dureza Brinell.
2. Objetivos:
2.1. Determinar experimentalmente la dureza Brinell.
2.2. Identificar las propiedades mecánicas que el número de dureza Brinell nos muestra.
3. Marco Teórico
3.1. Definición:
Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la
deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales
inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó
penetrador), de determinada forma y dimensiones.
El estándar ASTM E 10-78 define la dureza Brinell como un método de ensayo por indentación
por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida, bajo
condiciones específicas, contra la superficie del material a ensayar y se mide el diámetro de la
impresión resultante luego de remover la carga.
Ilustración 1: Símbolos que describen la dureza Brinell.
Ateniéndonos a la definición, el número de dureza Brinell (como esfuerzo de contacto), es la
relación de la carga P que efectúa el indentador esférico de diámetro D, al área de la superficie
de la huella:
𝐻𝐵𝑆 𝑜 𝐻𝐵𝑊 =
𝐹
𝐴
=
2𝑃
𝜋𝐷2 (1 − √1 −
𝑑2
𝐷2)
 HBS para los casos en que se utilice bola de acero.
 HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno.

3. Universidad de las Fuerzas Armadas [ESPE] 2
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 D = es el diámetro de la bola de acero en mm,
 F = es la carga aplicada en kgf,
 d = es el diámetro medio de la indentación o huella dejada por la esfera de acero en mm.
El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones:
Diámetro de la bola (D) : 10 mm
Carga (F): 3000 kgf
Duración de la carga (t): 10 ... 15 s
En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota
sin ningún sufijo (HB).
4. Materiales y Equipos:
4.1. Muestras (Acero AISI/SAE 4140).
4.1.1. 20.7 ∅ [mm]
4.2. Calibrador pie de rey.
4.3. Micrómetro.
4.4. Máquina de ensayos universales.
4.5. Identor con esfera de acero endurecido
4.6. Microscopio de herramientas.
5. Procedimiento:
1. Pulir la probeta.
2. Medir el diámetro de la esfera de acero endurecido.
3. Aplicar una carga de 1500 Kg durante 15 [s] con la máquina de ensayos universales.
4. Medir el diámetro (laboratorio de metrología), de la huella dejada por la esfera de acero.
6. Análisis de Resultados:
6.1. Calcular la durezaBrinell delmaterial.
Tabla 1: Datos: diámetro de la huella en acero AISI/SAE 4140
Carga P
Diámetro del
Indentador (D)
`Diámetro de la Huella (d) Tiempo
1500 kg 10.22 mm
Longitudinal 2.514 2.513
15 sTransversal 2.516 2.523
Promedio 2.512 [mm] 2.518 [mm]

4. Universidad de las Fuerzas Armadas [ESPE] 3
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Calculo de la Dureza Brinell:
𝐻𝐵 =
2 ∙ 1500
𝜋 ∙ 10.222 (1 − √1 −
2.5122
10.222)
= 298
𝐻𝐵 =
2 ∙ 1500
𝜋 ∙ 10.222 (1 − √1 −
2.5182
10.222)
= 297
Ambos datos de dureza coinciden con la data sheet del acero AISI/SAE 4140 (UNS G41400).
Ilustración 2: Data sheet, acero AISI/SAE 4140
6.2. Calcular la relación entre la dureza Brinell y el esfuerzo último a la tracción del
material.
Para calcular el esfuerzo de tracción o tensión en función de la dureza Brinell se utiliza la
LEY DE DOHMER la cual establece:
𝛔 𝐓 = 𝐤( 𝐇𝐁) [lb/plg2
]

5. Universidad de las Fuerzas Armadas [ESPE] 4
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En donde k, es una constante que depende de la dureza Brinell teniendo dos valores:
𝐤 = 𝟒𝟗𝟎 → 𝐇𝐁 > 𝟏𝟔𝟓
𝐤 = 𝟓𝟏𝟓 → 𝐇𝐁 < 𝟏𝟔𝟓
Tomando la dureza Brinell del material, HB= 490, calculamos el esfuerzo.
𝛔 𝐓 = ( 𝟒𝟗𝟎) 𝟐𝟗𝟕 = 𝟏𝟒𝟓𝟓𝟑𝟎 [lb/plg2
]
𝛔 𝐓 = 𝟏𝟒𝟓. 𝟓𝟑𝟎 [ksi]
Este valor se encuentra en el rango del Esfuerzo máximo que puede soportar el acero, de
acuerdo a la data sheet de la Ilustacion1.
7. Conclusiones y Recomendaciones:
7.1. Conclusiones:
 La dureza Brinell se puede determinar de manera sencilla, al medir la huella dejada por
la esfera endurecida de acero en la probeta y el diámetro de esta.
 La dureza nos ofrece un idea general de las distintas propiedades mecánicas que posee el
material ensayado, como es el esfuerzo máximo , gracias a la a ley de Dohmer y el
porcentaje de carbono.
7.2. Recomendaciones:
 Se recomienda medir con exactitud el diámetro de la huella dejada en la probeta, ya que
de esta depende el porcentaje de error en el cálculo de la dureza Brinell.
1. Bibliografía:
[1] Dureza Brinell, Tomado de :
http://es.slideshare.net/carlosaguilar123/ciencia-materiales-ii
http://www.utp.edu.co/~gcalle/DUREZABRINELL.pdf
[2] Data sheet tomada de:
http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%204140.pdf