Diapositivas

1. Tecnología de
Materiales Avanzados
Unidad 1
Ensayos Mecánicos I
Ing. Daily Gallegos Florez
2C22 - Gestión y Mantenimiento de Maquinaria Industrial 2024-1

2. Reglas de la sesión
Llegar a tiempo a clase
Ser respetuosos
Participar en clase
Levantar la mano para participar
Cumplir los deberes asignados
Trabajar en grupos
Investigar

3. Bienvenidos

4. ¿Qué es la Tecnología de Materiales Avanzados?
El estudio de la Tecnología de Materiales Avanzados sería fundamental
para comprender cómo seleccionar, utilizar y mantener los materiales
adecuados para mejorar el rendimiento, la eficiencia y la vida útil de la
maquinaria.

5. Unidad 1
Ensayos Mecánicos I
Ing. Daily Gallegos Florez
2C22 - Gestión y Mantenimiento de Maquinaria Industrial 2024-1

6. Ensayos Mecánicos
Los Ensayos Mecánicos, son pruebas que se realizan para
determinar las propiedades mecánicas de los materiales

7. Ensayos Mecánicos
ENSAYOS
DESTRUCTIVOS
ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS
ENSAYOS
MECÁNICOS
Son ensayos cuya finalidad es
conocer, evaluar el estado de
materiales sin afectar sus
propiedades y
funcionalidades, su principal
objetivo es reconocer, localizar
y determinar el tamaño de
defectos (fallos, grietas,
discontinuidades) que
comprometen la resistencia de
una pieza, unión, soldadura.
Es aquel que deteriora la
pieza que inspecciona, pero
dependiendo del tipo de
ensayo, la pieza
experimentara desde una leve
marca, a una deformación
permanente o incluso su
rotura parcial o total.

8. Diferencia entre los Ensayos Mecánicos:
Ensayos Destructivos (ED)
Ensayos Estáticos
• En un ensayo estático, se aplica
una carga constante o gradual a
un material hasta que este se
deforma o se rompe. La carga se
mantiene constante durante un
período de tiempo para
permitir que se registren las
respuestas del material.
Ensayos dinámicos
• Se aplica una carga que varía en
magnitud o en frecuencia a una
velocidad controlada sobre el
material. La carga puede ser
aplicada de manera repetitiva o
en forma de choque.

9. Ensayos Mecánicos I
Dureza
Ing. Daily Gallegos Florez
2C22 - Gestión y Mantenimiento de Maquinaria Industrial 2024-1

10. ¿Para qué sirve conocer la dureza de un material?
Para la prevención de fallos debido a la degradación de materiales, debemos
conocer y medir las propiedades de los materiales, así evaluar la
implementación de estrategias de mantenimiento preventivo y predictivo para
maximizar la fiabilidad y la disponibilidad de la maquinaria.

11. Ensayos Mecánicos

12. Ensayos Mecánicos

13. Dureza
Resistencia de la superficie de un material a la penetración
de un objeto duro bajo una fuerza estática.
Es una medida de la resistencia de un material a la
deformación plástica localizada (abolladura, rayadura)
La dureza es la resistencia de la superficie de un material a
la penetración por un objeto duro y se relaciona con la
resistencia al desgaste de los materiales. Los materiales
duros duran más y desgastan a los materiales más débiles.

14. Dureza
Dureza ⇔ relacionada con
resistencia a la tracción y límite
elástico.
La dureza es una propiedad
compleja de los materiales y
viene determinada por la
estructura cristalina.
Se determina forzando un
penetrador sobre su superficie.
“Medición de huella realizada
con un penetrador”

15. Dureza
La dureza de un metal se mide forzando la indentación de un
penetrador en la superficie del metal.
El penetrador, que normalmente es una bola, pirámide o
cono, está fabricado con un material mucho más duro que el
material a ensayar.
Por ejemplo, el material empleado en estos penetradores
suele ser acero templado, carburo de tungsteno o diamante.
En la mayoría de los ensayos de dureza normalizados se
aplica lentamente una carga conocida, que presiona el
penetrador contra la superficie del metal a ensayar y

16. Dureza
La dureza de un metal se mide
forzando la indentación de un
penetrador en la superficie del metal.
El penetrador, que normalmente es
una bola, pirámide o cono, está
fabricado con un material mucho más
duro que el material a ensayar.
Por ejemplo, el material empleado en
estos penetradores suele ser acero
templado, carburo de tungsteno o
diamante.

17. Aplicaciones
Sirve para evaluar:
• El desgaste de un material
• Solidez
• Ductilidad
• Confiabilidad de tratamientos
térmicos

18. Tipos de Ensayos de Dureza
El ensayo de dureza se define como "una
evaluación que permite determinar la resistencia de
un material a la deformación permanente mediante
la penetración de otro material más duro".

19. Dureza en mineralogía
• El más duro es el
diamante.
Los diamantes solo se
pueden rayar con otro
diamante.
• Por ejemplo en
mineralogía se utiliza la
llamada Escala Mohs
para determinar la
dureza de minerales.

20. ¿Cómo podemos identificar las pruebas
de dureza más comunes en metales?
• Mide la profundidad de la
penetración
Rockwell
• Mide el tamaño de la
impresión dejada por el
penetrador
Brinell,
Vickers, Knoop

21. ¿Qué factores influyen?

22. Ensayos de Dureza Brinell
DUREZA BRINELL
(UNE-EN ISO 6506)
(ASTM E10-78)
• Se utiliza para materiales que tienen una estructura demasiado
gruesa o rugosa (piezas fundidas y forjadas)
• Consiste en aplicar una carga o fuerza constante, normalmente
entre 187,5 y 3000Kgf para aceros y para Al, Cu y Bronce de
500kg, durante un tiempo determinado (de 10 a 30 segundos)
utilizando normalmente acero para materiales blandos y una bola
de carburo de tungsteno para duros, de 2,5 o 10mm de diámetro

23. Ensayos de Dureza Brinell
• Consiste en comprimir una
bola de acero templado, de
un diámetro determinado,
sobre el material a ensayar,
por medio de una carga y
durante un tiempo
determinado.
• Se mide el diámetro de la huella y se encuentra la dureza del
material por la relación entre la carga aplicada y el área de la
huella, evidentemente y dentro de ciertos límites de esta huella,
el área será mayor cuanto menos dura sea el material

24. Ensayos de Dureza Brinell
• Generalmente se recomienda utilizar bola de carburo de
tungsteno cuando los valores de dureza Brinell sean
superiores a 500.
• Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.
• La dureza Brinell indica
la relación entre la
carga aplicada y el área
de la superficie de la
huella por medio de la
siguiente expresión:
F:carga aplicada en kgf
D: es el diámetro del penetrador mm
d: es el diámetro de la impresión mm

25. Ensayos de Dureza Brinell
• El método estándar
sugiere realizar el ensayo
bajo estas condiciones:
• Grado de fuerza (G) que expresa la
relación entre la carga aplicada P y el
cuadrado del diámetro de la bola
• Si no se utilizan las condiciones
estándar se puede utilizar cargas
menores con indentadores más
pequeños. Pero se debe considerar
una constante definida como:
G= P/D2
Según el material en estudio los grados
de fuerza pueden ser 30, 10 y 2.5, etc.

26. Ensayos de Dureza Brinell
Una vez definido el grado
de fuerza para el material
a ensayar se selecciona
el diámetro de indentador
a utilizar para poder
definir la carga a aplicar
dada en kgf.
Ejemplo:
Se desea medir la dureza
de una pieza de Aluminio,
se aplicará 187.5 kgf,
¿cuál es el diámetro de la
esfera en mm?

27. Ensayos de Dureza Brinell
Prueba de dureza Brinell - YouTube

28. Ensayos de Dureza Brinell
La expresión de los valores de dureza
Brinell se observa de la siguiente
manera.

29. Ensayos de Dureza Brinell-Ensayos de Tracción
• La resistencia a la tracción
como la dureza son indicadores
de deformación plástica, por
tanto, se puede relacionar con
la resistencia a la tracción en
función de la HB para el caso de
fundiciones, aceros y latones.
• Como regla general, para la
mayoría de aceros, el número
HB y la resistencia a la tracción se
relacionan de acuerdo con:

30. Ensayos de Dureza Brinell
MATERIAL HB
Acero SAE 1010 90 a 105
Acero SAE 1020
Acero SAE 1030 130 a 155
Acero SAE 1050
Acero SAE 1080 210
Acero 304L 120
Acero para herramientas templado 250
Fundición gris
Fundición templada y revenida 225 a 230
Aluminio
Latón 52
Tarea para la casa: Completar el siguiente cuadro y verificar los datos
presentados.

31. Ensayos de Dureza Rockwell
DUREZA ROCWELL
(ASTM E18 – 05)
• El ensayo de dureza Rockwell es una variante del ensayo Brinell en
donde el cono de diamante (120°) o la bola acero se utilizan en vez
de una esfera de carburo de tungsteno.
• La medición se centra en cómo la profundidad de la impresión
cambia con las diferentes fuerzas, pero el principio de operación se
mantiene igual.

32. Ensayos de Dureza Rockwell
• El código de identificación
de la escala Rockwell es
HR por sus siglas en
inglés.
• Se usa para materiales
maquinados o laminados
con superficie lisa
• El durómetro para rockwell a diferencia de los demás, está provisto
de una escala graduada que permite realizar una medida
instantánea de la profundidad de la huella, por tal motivo este
método se volvió uno de los más versátiles y fáciles de utilizar.

33. Ensayos de Dureza Rockwell
La norma ASTM también
nos indica diferentes
escalas de dureza Rockwell
que se representan con
letras del alfabeto, así
también el tiempo de
aplicación esta normado y
es equivalente a 15 s.

34. Ensayos de Dureza Rockwell

35. Ensayos de Dureza Rockwell
Ejemplo:

36. Ensayos de Dureza Vickers
DUREZA VICKERS
(ASTM E92-82)
• La noma ASTM E 92-82 permite la determinación de la dureza
Vickers útil para materiales metálicos, las fuerzas aplicadas
pueden ser desde 1 kgf a 120 kgf, utiliza un indentador de
pirámide de diamante de base cuadrada cuyo valor del ángulo
del vértice es 136°.
• Las cargas varían desde baja carga 1.96 y 29.42N y para cargas
normales entre 50 y 980N

37. Ensayos de Dureza Vickers
• Se utiliza para durezas superiores a 500 HB aunque se puede
utilizar tanto para materiales duros como blandos.
• Se emplea mucho sobre todo para piezas delgadas y templadas,
con espesores mínimos de 0.2 mm
2
d
P
1,854
HV =
P: Carga aplicada en kg
d: diagonal promedio de la huella en mm

38. Ensayos de Dureza Vickers

39. Ensayos de Dureza Vickers
Nota: Cuando el tiempo de aplicación varía
entre 10 y 15 s no se indica

40. Ensayos de Dureza Micro: Vickers y Knoop
DUREZA MICRO
(ASTM E384)
• En ambos casos el penetrador también es una pirámide, pero algo
diferente.
• El método Knoop destaca para materiales frágiles como
cerámicos.
• Se debe utilizar un microscopio para ver la indentación

41. Ensayos de Dureza Micro: Vickers y Knoop

42. Ensayos de Dureza Leeb
DUREZA LEEB (ASTM
E936)
• Produce indentaciones
menores a 0.5mm de
diámetro en muestras de
acero, en comparación con
los 3mm que deja el
ensayo Brinell
• Los resultados obtenidos de
este ensayo pueden ser
convertidos a HRC, HB y HV
Mide la energía por rebote dinámico

43. Ensayos de Dureza Leeb
• Mide la energía perdida en la
deformación plástica: la billa
rebota más rápido en superficies
más duras que en las más
blandas.
• El ensayo dura 2 seg.
Aproximadamente utilizando una
sonda estándar, la billa es de
acero con una dureza Leeb de
600 HLD.
• La pieza debe tener un espesor
de 10 mm aproximadamente,
para evitar la absorción de la
energía por la superficie donde se
toma la medida.

44. Escalas

45. Ensayos de Dureza Shore
DUREZA SHORE
(ASTM D2240)
• Evaluar la dureza superficial del
material midiendo la profundidad que
alcanza una punta de acero
normalizada cuando se presiona
contra el material.
• Si el material es blando absorbe la
energía del choque, si el material
es duro produce un rebote cuya
altura se mide.

46. Ensayos de Dureza Shore
• La presión aplicada por estos aparatos es de:
• 12,5 N en la Shore A
• 50 N en la Shore D.
• El método Shore A se aplica a plásticos blandos, por ejemplo PVC plastificado,
dureza de caucho natural, elastómeros y plásticos suaves, polietilenos LDPE.
• El método Shore D se emplea para plásticos más duros: elastómeros duros,
plásticos, caucho duro, ebonita, polipropileno, HDPE y otros

47. Resumen

48. Conclusiones
La dureza es una
propiedad mecánica
fundamental que influye en
la resistencia de un
material a la deformación
plástica localizada.
La dureza se puede medir
utilizando diferentes
escalas, cada una de las
cuales está diseñada para
materiales con diferentes
características y
propiedades.
Los ensayos de dureza
son importantes para
determinar la idoneidad de
un material, para
componentes que
requieren resistencia a la
abrasión, como
herramientas de corte,
rodamientos y piezas de
maquinaria.
La dureza puede estar
influenciada por diversos
factores, como la
composición química, la
microestructura, el
tratamiento térmico y los
procesos de fabricación
La comprensión de la
dureza y su relación con
otras propiedades
mecánicas, como la
resistencia y la tenacidad,

49. Realiza la siguiente actividad
https://app.nearpod.com/?pin=ZHBI6

50. Gracias por su
atención
Nos vemos a la siguiente sesión