practica de laboratorio de ciencias de los materiales

1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA
PRODUCCIÓN
PROFESOR:
Ing. Grace Vera
Materia:
Laboratorio de Ciencias de Materiales
PRACTICA N° 1: DETERMINACIÓN DE DUREZA DE MATERIALES
NOMBRE:
Juan Andrés Castro Montoya
FECHA DE LA PRÁCTICA:
11 de noviembre
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:
25 de Noviembre
PARALELO:
103
AÑO LECTIVO:
2014-2015
Determinación de dureza de materiales

2. Resumen
En la práctica elaborada sobre la dureza de los materiales se estableció la definición de la
misma como la oposición de los materiales a ser penetrados por otros más duros también se
analizó distintos tipos de materiales gracias a la variedad de durómetros que existen, los
primeros materiales en ser analizarlos fueron los más duros en este caso se tuvo como
muestra el acero y el aluminio los cuales fueron analizados con el durómetro Rockwell, este
durómetro posee distintos identadores para los materiales más duros se usa un cono de
diamante como también otro identadores de forma esférica.
En otro laboratorio se usó los durómetros Shore A y Shore D los cuales son utilizados para
analizar la dureza de los polímeros, estos durómetros poseen unas cajas con patrones para
podernos guiar y saber cuál de los dos escoger al momento de realizar un análisis de dureza
el shore D se encarga de los polímeros más duros en cambio el shore A de los polímeros un
poco más suaves. A diferencia de los otros durómetros este entrega en su panel digital la
dureza que tiene el material.
Para finalizar se analizó la muestra de porción de un engranaje con el durómetro Vicker que
posee un amplificador óptico que permite enfocar la muestra para el análisis, lo
recomendable al trabajar con este durómetro es hacer una especie de soporte donde vaya
la muestra para que pueda ser mejor enfocada y no obtener durezas erróneas.
Enfoque experimental
Durómetro de Rockwell
Este durómetro posee una escala con la cual se puede
guiar, para el acero se usó Rockwell C identador de
diamante con 150kg de carga y para el aluminio Rockwell
B identador esférico de 1/16 con 100 kg como lo
indicaban las respectivas escalas
Primero se deber verificar que la carga de prueba sea la
correcta eso se lo hizo con la ayuda de las pesas que se
encuentran atrás del equipo así también que la palanca
se encuentre hacia delante una vez hecho esto se
procede a girar la perilla hasta que la aguja pequeña
llegue al punto rojo y la grande marque set, se aplicó la pre
carga las manecillas giraron hasta detenerse
Imagen 1. Durómetro Rockwell

3. completamente luego de eso se jalo la palanca suavemente y el durómetro dio la medición
de la dureza.
EQUIPO: MEDIDOR DE DUREZA
MARCA: ROCKWELL
SERIE: 752
MODELO: 3YR
CODIGO ESPOL: 2910
Tabla 1. Datos del durómetro Rockwell
Las mediciones que se obtuvieron fueron las siguientes:
ALUMINIO
ESCALA CARGA HUMEDAD ESCALA
ROCKWELL B 100Kg 65% 21.5°C
DATOS
1 2 3 PROMEDIO
47HRB 47HRB 49HRB 47.67HRB
Tabla2. Dureza del aluminio
ACERO
ESCALA CARGA HUMEDAD ESCALA
ROCKWELL C 150Kg 65% 21.5°C
DATOS
1 37HRC 3 4 PROMEDIO
33HRC 35HRC 35HRC 37HRC 35HRC
Tabla3. Dureza del acero

4. Durómetros Shore A y Shore D
Se analizó el neopreno que es Caucho sintético incombustible y de gran resistencia al frío y
el polietileno que es el plástico más común, para una correcta medición fue necesario guiarse
bajos los patrones contenidos en una caja para Shore A y otra para Shore D, los cuales
consisten en muestras de materiales con los que podremos comparar nuestra muestra para
su posterior análisis.
El shore A posee una bola como identador por otra parte el Shore D posee una punta. Una
vez escogido el patrón se usó el respectivo durómetro se colocó la muestra, se bajó
suavemente la palanca y en el panel digital mostro la dureza.
NEOPRENO
ESCALA IDENTADOR HUMEDAD ESCALA
SHORE A BOLA 65% 21.5°C
DATOS
1 2 3 PROMEDIO
76.6 ShoreA 75.7 ShoreA 77.3 ShoreA 76.53 ShoreA
Tabla4.Dureza del neopreno
Imagen2. Durómetros Shore A y Shore D

5. POLIETILENO
ESCALA IDENTADOR HUMEDAD ESCALA
SHORE D PUNTA 65% 21.5°C
DATOS
1 2 3 PROMEDIO
48.7 ShoreD 52.2 ShoreD 50.7 ShoreD 50.53 ShoreD
Tabla 5.Dureza del polietileno
Durómetro Vickers
De preferencia para utilizar este tipo de durómetro se
recomienda hacerle un corte a la pieza que se desea
analizar y hacerle un montaje con resina para un mejor
enfoque, este durómetro posee un amplificador óptico
con varios lentes, para analizar la dureza simplemente
se coloca el montaje y el durómetro penetraba con un
diamante piramidal tetraédrico con un ángulo entre
aristas de 136° en la superficie que se ensayó y se
expresó por el valor numérico de la dureza, que se
obtiene dividiendo la carga entre la superficie lateral de
las huellas calculada por las diagonales. La pieza
analizada fue una porción de engranaje el cual nos dio
los siguientes valores:
ENGRANE
CAPA SUPERFICIAL
ESCALA CARGA HUMEDAD ESCALA
VICKERS 500g 65% 21.5°C
DATOS
d1 d2 Dureza equipo Dureza calculada
54.16µm 55.59µm 307.9Hv 308.8Hv
Tabla6.Dureza capa superficial del engrane
Imagen3.Durometro Vickers

6. 𝐝𝟏 = 𝟓𝟒. 𝟏𝟔µ𝐦 ∗
𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝒎𝒎
𝟏µ𝐦
= 𝟎. 𝟎𝟓𝟒𝟏𝟔𝒎𝒎
𝐝𝟐 = 𝟓𝟓. 𝟓𝟗µ𝐦 ∗
𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝒎𝒎
𝟏µ𝐦
= 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟓𝟗𝒎𝒎
𝑑̅ =
𝑑1 + 𝑑2
2
=
𝟎. 𝟎𝟓𝟒𝟏𝟔𝒎𝒎 + 𝟎. 𝟎𝟓𝟓𝟓𝟗𝒎𝒎
𝟐
= 𝟎. 𝟎𝟓𝟒𝟖𝟕𝟓𝒎𝒎
𝐻𝑣 = 1.8554 ∗
𝑃
𝑑̅2
𝐻𝑣 = 1.8554 ∗
0.5
0.0548752
𝐻𝑣 = 308.08
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =
𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 − 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎
𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
307.9 − 308.08
308.08
| ∗ 100 = 0.06%
ENGRANE
PARTE INTERNA
ESCALA CARGA HUMEDAD ESCALA
VICKERS 500g 65% 21.5°C
DATOS
d1 d2 Dureza equipo Dureza calculada
66.51µm 72.91µm 190.8Hv 190.91Hv
Tabla7.Dureza parte interna engrane
𝐝𝟏 = 𝟔𝟔. 𝟓𝟏µ𝐦 ∗
𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝒎𝒎
𝟏µ𝐦
= 𝟎. 𝟎𝟔𝟔𝟓𝟏𝒎𝒎
𝐝𝟐 = 𝟕𝟐. 𝟗𝟏µ𝐦 ∗
𝟎. 𝟎𝟎𝟏𝒎𝒎
𝟏µ𝐦
= 𝟎. 𝟎𝟕𝟐𝟗𝟏𝒎𝒎
𝑑̅ =
𝑑1 + 𝑑2
2
=
𝟎. 𝟎𝟔𝟔𝟓𝟏𝒎𝒎 + 𝟎. 𝟎𝟕𝟐𝟗𝟏𝒎𝒎
𝟐
= 𝟎. 𝟎𝟔𝟗𝟕𝟏𝒎𝒎
𝐻𝑣 = 1.8554 ∗
𝑃
𝑑̅2

7. 𝐻𝑣 = 1.8554 ∗
0.5
0.069712
𝐻𝑣 = 190.91
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =
𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 − 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎
𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎
%𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
190.8 − 190.91
190.91
| = 0.06%
Análisis de resultados
Podemos observar en las tablas 2 y 3 los resultados obtenidos de las durezas de 47.67HRB
y 35HRC que son las durezas del acero y del aluminio respectivamente, se obtuvo una
dureza de 76.53 ShoreA del neopreno y 50.53 ShoreD del polietileno, por otra parte en el
ensayo de Vickers se obtuvo una dureza de 308.8 Hv en la parte superficial del engrane
comparada con la que dio el equipo corresponde al 0.06% de error. Por otra parte en la
parte interna del engrane se obtuvo una dureza de 190.91 con el mismo porcentaje de
error.
Conclusiones
Mediante esta práctica se logró conocer los distintos tipos de durómetros y sus
aplicaciones en las industrias así como también su manejo adecuado, que cargas debemos
de utilizar y el identador adecuado para cada tipo de análisis.
Al conocer estos distintos tipos de durómetros pudimos darnos cuenta que en algunos
casos estos entregan las lecturas de las durezas mientras en otros hay que aplicar fórmulas
que involucran las cargas y las huellas de los identadores. En las tablas del 2 al 7 podemos
observar las diferentes medidas de durezas que poseen tanto materiales duros como el
acero y aluminio así como materiales blandos como el neopreno y el polietileno con las
respectivas escalas de los durómetros.
En el último ensayo que fue el de Vickers al interpretar estos datos nos podemos dar
cuenta que se cumple que la dureza de la superficie es mayor que la de la parte interna del
engranaje ya que en su superficie este resistirá más desgastes pero por otra parte su
núcleo absorberá más los impactos debido a su dureza inferior, con lo cual podemos
darnos cuenta la importancia de la dureza y su medición en los procesos que se efectúan a
diario en las industrias.

8. Referencias
[1] Luis Pereira. (2011). Ensayos de Dureza. 6/11/2014, de Anacap Sitio web:
http://www.slideshare.net/vlady71/ensayo-de-dureza.
Anexos
Cuestionario
1. ¿Qué dureza se utiliza para materiales metálicos?
Se utilizan dureza Rockwell y dureza Vickers
2. ¿Qué dureza se utiliza para materiales poliméricos?
Se utilizan dureza ShoreA y ShoreD
3. ¿Es posible hacer ensayos Rockwell a las láminas delgadas?
No, el durómetro Vickers es el indicado para eso
4. ¿Qué durómetro se utiliza para fundiciones de hierro dúctil?
Se utiliza el durómetro Brinell
5. ¿Es posible utilizar dureza Brinell en aceros de bajo carbono?
Si es posible ya que son materiales blandos.
6. ¿Qué dureza se aplica en aceros tratados superficialmente?
7. ¿Con qué dureza puede medir la dureza de las fases de la microestructura?
Con la dureza de Vickers
Ejercicios post-laboratorio
A. Analice:
Se desea fabricar uñas para una pala mecánica con Fundición Nodular Austemperada
(ADI). En el tratamiento térmico se varió la temperatura de austemperado que finalizaron
con los siguientes resultados de dureza.
¿Cuál de las fundiciones nodulares estima que tendrá mayor desempeño contra el desgaste y
un mayor tiempo de vida útil?

9. Variante ADI Temperatura de
Autemperado
Dureza Uñas HRC
ADI 280 280°C 38
ADI 300 300°C 36
ADI 320 320°C 35
ADI 340 340°C 34
Se puede observar que en la tabla de datos que nos dan todas las medidas están en la
escala Rockwell C, por lo tanto la que posea mayor medida será la que resista más el
desgaste ya que es el más duro y este caso sería el ADI 280 a 280°C con una dureza de
38HRC.