Medición de Dureza en Materiales

1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
[Subtítulo del documento]CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ
GUIA DE PROCEDIMIENTO
DE PRÁCTICA N° 1
ASIGNATURA: RESISTENCIA DE MATERIALES I
NIVEL: TERCERO
DOCENTE: ING. WILSON CALLE
ING. JONATAN POZO
TIEMPO ESTIMADO:
“MEDICION DE LA DUREZA
EN MATERIALES
METALICOS”
_________________________________________________________________________________
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Aprobado: Resolución:
TEMA

2. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
1
1 OBJETIVO GENERAL
 Realizar mediciones de dureza en distintos materiales metálicos.
2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Determinar la escala de dureza apropiada para distintos materiales.
 Medir la dureza de aceros en condiciones de suministro.
 Medir la dureza en materiales no ferrosos.
 Medir la dureza en aceros con tratamiento térmico
3 SUSTENTO TEÓRICO
3.1 DEFINICIONES DE DUREZA
La dureza se puede definirla, como la resistencia a la formación de huellas, localizadas en una
superficie, por un penetrador normalizado y en condiciones normalizadas.
En sentido más amplio, se entiende por dureza de un material, la resistencia superficial a la
deformación, pero legalmente, según el método a realizarse, pueden haber diferentes formas de
definirla:
a) Dureza al rayado: resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.
 Dureza Mohs.
 Dureza Lima.
 Dureza Martens.
 Dureza Turner.
b) Dureza a la penetración: resistencia que opone un material al ser penetrado por otro más duro.
 Brinell.
 Vickers.
 Rockwell.
c) Dureza elástica: reacción elástica de un material cuando se deja caer sobre él un cuerpo más
duro.
 Leeb.
3.2 DUREZA BRINELL
El profesor Brinell estudió, la forma de determinar, de manera cuantitativa, durezas en los metales,
basándose en la huella producida por un penetrador de forma esférica y dimensiones determinadas,
al comprimirlo bajo una carga estática sobre el material ensayado.
3.2.1 Principio del Ensayo
La Norma ISO 6506-1, es aquella que nos guía y orienta para la realización del ensayo de dureza
Brinell. La misma, expresa que: “se presiona un identador (esfera de carburo de diámetro D) contra
la superficie de una probeta de ensayo y se mide el diámetro de la huella d dejada en la superficie
al retirar la carga F .

3. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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La dureza Brinell es proporcional a la relación obtenida dividiendo la carga de ensayo entre el área
de la superficie curva de la huella. La huella se supone esférica con un radio correspondiente a la
mitad del diámetro de la esfera de indentación”.
3.2.2 Símbolo y designación
a) La dureza Brinell se designa por HBW.
b) Las letras HBW van precedidas por el valor de la dureza complementado por un índice
que indica las condiciones de ensayo en el orden siguiente:
 El diámetro de la esfera en mm.
 Un número que representa la carga de ensayo (véase la Tabla 2).
3.2.3 Máquina de ensayo e Identador o Penetrador
Una máquina debe ser capaz de aplicar una carga de ensayo predeterminada o bien cargas en un
rango entre 9,807N y 29,42kN de acuerdo con la Norma ISO 6506-2.

4. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
3
Los penetradores empleados son bolas pulidas, esféricas y sin defectos superficiales, tienen los
siguientes diámetros: 10, 5, 2.5 y 1 mm., como indica la Norma ISO 6506-2.
3.2.4 Probeta de ensayo
Según la ISO 6506-1, una probeta para ser sometida a ensayo, debe cumplir con las siguientes
condiciones:
 Tener una superficie lisa, la superficie de apoyo debe ser paralela a la superficie
en donde se realizara la medición de dureza.
 Libre de oxidación.
 Acabado superficial aceptable.
 El espesor de la probeta debe ser al menos ocho veces la profundidad de la huella.
3.3 DUREZA ROCKWELL
Los ensayos Brinell no son aptos para medir la dureza de los aceros templados, debido a las
deformaciones que experimentan los penetradores de esferas, incluso siendo estas de carburo de
wolframio.

5. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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La dureza de Rockwell se usa ampliamente con muchas escalas disponibles para diferentes rangos
de dureza (Tabla 1). La dureza Rockwell se basa en la profundidad de la penetración ∆h, más que
en el diámetro de la huella que se utiliza en el método Brinell.
3.3.1 Principio del Ensayo
Para el ensayo de dureza Rockwell nos apoyamos en la Norma ISO 6508-1, la cual expresa que: “se
presiona un indentador (cono de diamante, esfera de acero o de carburo) contra la superficie de la
probeta de ensayo en dos pasos bajo condiciones especificadas. Se mide la profundidad permanente
h de la huella bajo la carga preliminar de ensayo después de retirarla” (fig. 3.1).
A partir del valor de h y de las dos constantes N y S (véase la Tabla 2), la dureza Rockwell se calcula
siguiendo la fórmula:
S
h
NRockwellDureza 
3.2.2 Símbolo y Designación
En la tabla 1 se presentan las diferentes escalas de dureza Rockwell, como también las cargas de
ensayo y su campo de aplicación.
a) La dureza Rockwell para las escalas A, C y D se denota por el símbolo HR precedido por el
valor de la dureza y completado con una letra indicativa de la escala.

6. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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b) La dureza Rockwell para las escalas B, E, F, G, H y K se denota por el símbolo HR precedido
por el valor de dureza y completado por una letra indicativa de la escala y una letra para el tipo
de esfera indentadora utilizada (S para acero y W para carburo).
c) La dureza Rockwell superficial para la escala N se denota por el símbolo HR precedido por el
valor de la dureza y seguido por un número (que representa la carga total de ensayo) y la letra
N indicativa de la escala.
d) La dureza Rockwell superficial para la escala T se denota por el símbolo HR precedido por el
valor de la dureza y seguido por un número (que representa la carga total de ensayo) y la letra
T indicativa de la escala, seguida por una letra para el tipo de esfera indentadora aplicada (S
para acero y W para carburo).
3.2.3 Indentadores o Penetradores.
 Diamante cónico de indentación, según la Norma ISO 6508-2, tiene que tener un ángulo
de 120° y un radio de curvatura en la punta de 0,2 mm.
 Indentador de esfera de acero o de carburo, de acuerdo con la Norma ISO 6508-2, con un
diámetro de 1,5875 mm ó 3,175 mm.
4 RECURSOS
4.1 PROBETAS
Las probetas mencionadas en el apartado 3.2.4, deben tener las siguientes dimensiones:
 Largo 20mm ± 2mm.
 Diámetro 20mm ± 2mm.
En lo posible las probetas deberán tener chaflanes de 1 x 45°mm.
Materiales:
1 cilindro de acero de transmisión AISI 1018 o equivalente.
1 cilindro de aluminio
1 cilindro de bronce
1 cilindro de acero DF-2, XW 5, XW 41 o K100 (una sola probeta
de cualquiera de estos materiales).
1 pedazo de material con tratamiento térmico (por ejemplo un
piñón o un pedazo de eje).
4.2 DUROMETRO BRINELL
A parte de la máquina, se requiere:
 Esferas de carburo, diámetro de 2.5mm.
 Pesas de 187,5 y 62,5 kgf.
 Lupa con regla graduada.

7. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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Partes del Durómetro
1.- Cuerpo
2.- Indicador
3.- Indentador
4.- Yunque
5.- Tonillo de regulación
6.- Volante regulador de altura.
7.- Palanca
4.2 DUROMETRO ROCKWELL
 Esfera de carburo diámetro 1/16”.
 Diamante cónico de penetración (ángulo 120º).
 Pesas de 100 kgf (980,7N) y 150 kgf (1471 N).
Partes del Durómetro
1.- Cuerpo
2.- Palanca de bloqueo
3.- Pesas
4.- Volante de regulación altura
5.- Protector tornillo
6.- Yunque
7.-Penetrador
8.- Indicador de escalas

8. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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5 PROCEDIMIENTO
5.1 DUREZA BRINELL
Antes de realizar el ensayo es necesario conocer el diámetro de la esfera que posee cada equipo y
luego calcular la carga de ensayo que habrá aplicar en la máquina, por eso entonces, se recurre a la
Tabla 2.
Para realizar el ensayo de dureza Brinell, de acuerdo a la Norma ISO 6506-1 se requiere tomar
presente, los siguientes detalles:
 La carga de ensayo se debe elegir de forma que el diámetro de huella d quede comprendido
entre los valores 0,24 D y 0,6 D .
 La relación carga-diámetro (0,102x 2
/ DF ) se debe elegir de acuerdo con el
material y el ensayo de dureza como se indica en la Tabla 3.
 Se coloca la esfera de indentación en contacto con la superficie de ensayo y se aplica la carga
de ensayo en dirección perpendicular a la superficie, evitando sacudidas, vibraciones o
deslizamientos, hasta que la carga aplicada alcance el valor estipulado.
El tiempo entre la aplicación inicial de carga y el momento en que se alcanza la carga total
de ensayo no será menor de 2s ni mayor de 8s. Se mantiene la carga de ensayo entre 10s y
15s. Para algunos materiales para los que se requiera un mayor tiempo de aplicación de la
carga, este tiempo se debe aplicar con una tolerancia de ±2s.
 Para encontrar el valor de la dureza se mide el diámetro de la huella y luego se aplica la
siguiente fórmula:
)(
2
102,0
22
dDDD
F
x


9. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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CARACTERISTICAS MECANICAS
Mechanical carachteristics
MEDICIONES REALIZADAS
Diametro mm.
Valores iniciales del Ensayo
Requirements
1 2 3 4 5
Numero Probeta Material
Diametro
esfera (mm)
5.2 DUREZA ROCKWELL
Para el ensayo de dureza Rockwell se debe tomar en cuenta lo siguiente:
 En general, el ensayo se debe llevar a cabo a temperatura ambiente dentro de los límites de
10 °C a 35 °C. Los ensayos llevados a cabo bajo condiciones controladas se debe realizar a
una temperatura de (23  5) °C.
 La probeta de ensayo se debe colocar sobre un soporte rígido y sustentado de tal forma que
la superficie a indentar esté en un plano normal al eje del indentador y a la línea de la fuerza
de indentación, de modo que se evite el desplazamiento de la probeta de ensayo.
 Colocar el Indentador en contacto con la superficie de ensayo y aplicar la carga de ensayo
preliminar 0F sin vibraciones. La duración de la carga de ensayo preliminar no debe de
exceder de 3s.
 Situar el dispositivo de medida en su posición de toma de datos y, sin sacudidas, vibraciones
ni oscilaciones incrementar la carga desde F0 hasta F en no menos de 1s ni más de 8s.
 La carga total de ensayo F se debe mantener durante un tiempo de 4 s. ± 2 s. Eliminar la
carga de ensayo adicional F1 y, tras un corto tiempo de estabilización, manteniendo la carga
de ensayo preliminar F0, se debe tomar la lectura final.
 El valor de dureza Rockwell se obtiene de la profundidad de huella permanente h utilizando
las fórmulas dadas en la tabla 2 y normalmente se lee directamente del dispositivo de
medida.

10. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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CARACTERISTICAS MECANICAS
Mechanical carachteristics
MEDICIONES REALIZADAS
Valores iniciales del Ensayo
Requirements
1 2 3 4 5
Numero
Probeta
Material
6 ANÁLISIS DE RESULTADOS
En esta sección responda las siguientes preguntas:
¿Qué es la dureza?
¿Las escalas de dureza utilizadas son las apropiadas para los materiales utilizados?
¿Cuáles son las medidas normalizadas de los Indentadores para la dureza Brinell?
¿Los valores calculados o medidos corresponden a los valores obtenidos por catálogo?
¿Qué variable considera que influye más en el resultado obtenido?
¿Cuál es la dificultad más importante para determinar el valor de dureza Brinell?
¿Cuál es la influencia que tiene las superficies de las probetas en la medición?
¿Cuáles son las cargas a utilizar en Kg y Newton para los siguientes materiales: Aluminio, Cobre,
Acero y Fundición gris si se utilizara una esfera de 10mm?
¿Cuáles son las cargas a utilizar en Kg y Newton para los siguientes materiales: Aluminio, Cobre,
Acero y Fundición gris si se utilizara una esfera de 2,5mm?
¿En función de los datos obtenidos en la práctica calcular y presentar los resultados de las
mediciones realizadas?

11. MEDICION DE DUREZA EN MATERIALES METALICOS
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7 CONCLUSIONES
En función de los objetivos planteados en la práctica y los resultados obtenidos formular las
conclusiones necesarias para sustentar los conocimientos adquiridos en la práctica.
8 BIBLIOGRAFÍA
 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Brinell. Parte 1: (ISO 6506-1:999).
 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Brinell. Parte 2: Verificación y calibración de las
máquinas de ensayo (ISO 6506-2:1999).
 ASTM E10-07 Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials.
 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 1: Método de ensayo (ISO 6508-
1:1999).
 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 2: Verificación y calibración de las
máquinas de ensayo (ISO 6508-2:1999).
 ASTM E18-07 Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials.
9 INFORME DEL ENSAYO
El informe del ensayo debe contener al menos los siguientes puntos:
a) Caratula del informe.
b) Tema de la Práctica.
c) Objetivos de la práctica.
d) Análisis de los resultados (ver apartado 6).
e) Observaciones y Recomendaciones.
f) Conclusiones de la práctica.