Dureza rockwell

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Dureza rockwell

  1. 1. Elaborado por Gabriel Calle y Edison HenaoDUREZA ROCKWELLOBJETIVO DEL ENSAYO: determinar experimentalmente la dureza Rockwell. Estudiar sucampo de aplicación.CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.Definición de dureza: se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un materialde resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contactolocales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales(indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.Los métodos Brinell y Vickers, ya estudiados, poseen la insuficiencia principal de que lamedición de las características geométricas de la impronta toma cierto tiempo, además dichamedición a veces no es exacta a causa de que el metal desalojado por la bola se acumula cercade los bordes de la impronta. Por esto surgió la necesidad de desarrollar otros métodos dedeterminación de la dureza llevando al desarrollo de métodos como el Rockwell, en el cual lamedición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.El método de Rockwell aunque es un método de indentación no pretende de manera directamedir la dureza a través de la determinación directa de la magnitud de los esfuerzos de contacto,sino que la define como un número arbitrario, inversamente proporcional a la penetración delindentador.El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo porindentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un indentador cónico-esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero ocarburo de tungsteno), bajo condiciones específicas contra la superficie del material a serensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajocondiciones específicas de carga.El estándar ASTM E18-03 define el número de dureza Rockwell como un número derivado delincremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el indentador esincrementada desde una fuerza previa (preliminar específica) hasta una fuerza total (específica)y luego retornada al valor de fuerza previa.El esquema de determinación de la dureza según Rockwell se expone en la figura 1.Figura 1. Esquema de medición de la dureza RockwellAl comienzo el indentador penetra un poco en la superficie de la muestra bajo la acción de lacarga previa P0, la cual se mantiene hasta el final del ensayo. Esto garantiza una mayor exactituddel ensayo ya que excluye la influencia de las vibraciones y de las irregularidades de la delgadacapa superficial. Después se expone la probeta a la acción de la carga total Pf = P0 + P1, y laprofundidad de penetración aumenta. Luego de retirada la carga principal P1, en el sistema
  2. 2. Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henaoprobeta-indentador ocurre una recuperación elástica, ya que sobre el actúa sólo la carga previaP0, siendo posible la medición de la profundidad de penetración h, la cual determina el númerode dureza Rockwell (HR).Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-esferoidalde diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetrosEntre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente dependencia:Para el cono de diamante ‫ܴܪ‬ = 100 −௛଴,଴଴ଶPara las bolas de acero ‫ܴܪ‬ = 130 −௛଴,଴଴ଶDe estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a unapenetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado de cierto “tope”para que haya coherencia: a menor profundidad de penetración mayor será el número deRockwell y viceversa.En la práctica no hay necesidad de usar estas fórmulas, ya que los indicadores de las máquinasde Rockwell de manera automática realizan estas operaciones mostrando directamente elnúmero de dureza en sus diales. Esta característica granjeó para este método una granpopularidad.El estándar define las características geométricas de los indentadores. Para el penetrador cónicoesferoidal se muestran en la figura:Indentador cónico esferoidal de RockwellLas bolas son similares a las del método Brinell y tienen los siguientes diámetros:∅ 1/16”; ∅ 1/8”; ∅ 1/4”; ∅ 1/2”.Las cargas a aplicar pueden ser:carga previa P0 [kgf] 10carga principal P1 [kgf] 50 90 140carga total Pf [kgf] 60 100 150A partir de las combinaciones posibles de distintos indentadores y cargas, el estándar ASTME18 define 15 escalas diferentes de durezas Rockwell. Se muestra la tabla que las define,tomada directamente de dicho estándar. En esta tabla se muestra también la aplicabilidad decada tipo de prueba.
  3. 3. Elaborado por Gabriel Calle y Edison HenaoTabla 1. Escalas de dureza RockwellEscala Indentador Carga Total Color de escala AplicacionesA Cono diamante 60 Negro Metales duros, superficies templadas, chapa fina (<0,4 mm)D Cono diamante 100 Negro Piezas con superficies templada de dureza media, chapasC Cono diamante 150 Negro Aceros templadosF Bola de ø 1/16” 60 Rojo Aleaciones cobre recocido. Chapa fina metálica (>0,6 mm)B Bola de ø 1/16” 100 Rojo Aceros blandos, de construcción, metales no ferrososG Bola de ø 1/16” 150 Rojo Bronce, cobre-berilio, cobre-níquel, fundición maleableH Bola de ø 1/8” 60 Rojo Aluminio, zinc, plomoE Bola de ø 1/8” 100 Rojo Fundición, aleaciones Al-Mg, metales antifricción o sintéticosK Bola de ø 1/8” 150 RojoMetales antifricción o de dureza muy baja, Ebonita (ASTMD530-59T), Madera laminada (ASTM D 805-52), Materialessintéticos (ASTM D-785-60T), Otros materiales muy blandos omuy finos.L Bola de ø 1/4” 60 RojoM Bola de ø 1/4” 100 RojoP Bola de ø 1/4” 150 RojoR Bola de ø 1/2” 60 RojoS Bola de ø 1/2” 100 RojoV Bola de ø 1/2” 150 Rojo-Escalas de dureza Rockwell (Tomado de ASTM E 18 - 03)Nota: La máquina de nuestro Laboratorio difiere de lo consignado en esta tabla, al estar marcada encolor rojo la escala de aplicación con diamante y en negro la escala de aplicación con bolas de aceroEn la práctica las escalas más difundidas son la B y C.El número de dureza Rockwell se denota como HR seguido de la letra mayúscula de la escalaasí:64 HRCEsta notación indica una dureza Rockwell de 64 unidades en la escala C (diamante, carga total150 kgf)Cuando se utiliza una bola como indentador, la designación de la escala es seguida por la letra“S” si es de acero o “W” si es de carburo de tungsteno.Tiempo de aplicación de la carga. Sobre el tiempo de aplicación de la carga principal existendiscrepancias.El estándar ASTM E 18-79 especifica un tiempo de aplicación de la carga principal de no másde 2 s, luego del detenimiento de la palanca de aplicación, además advierte lo siguiente: en elcaso de ensayarse materiales que presenten pequeño flujo plástico o no lo presenten luego de laaplicación total de la carga, la palanca debe ser retornada inmediatamente para retirar la cargaprincipal; en el caso de flujo plástico considerable, lo que se manifiesta en el movimiento delpuntero del indicador luego del detenimiento de la palanca de aplicación de la carga, ésta debeser retornada luego de 2 s de aplicada la fuerza (detenimiento de la palanca).El estándar DIN 50 103, por el cual se rige el manual de operación de la máquina de nuestrolaboratorio, aconseja retirar la carga 10 s después del detenimiento de la palanca, si el materialensayado es muy blando debe esperarse aún más.El estándar GOST 9013-59 pide mantener la carga entre 4 y 8 s, luego de establecerse el valornominal de la misma.En nuestro laboratorio nos atendremos al estándar ASTM, de todos modos, cuando se apliquenlas cargas por un tiempo mayor a los 2 s, este hecho será consignado en el informe.
  4. 4. PROCEDIMIENTOPara obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material seindentador (cónico-esferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica lacarga principal para sostener la carga total durante algún tiempo. Luego de retirada la cargaprincipal y mantenido la previa,valor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En las mismascondiciones se realizan varias indentaciones más.MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.Máquina. Para los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HPWekstoffprüfmaschinen, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Esteaparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell y Vickers. Aplica cargashasta de 250 kgf. Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración,el cual muestra la dureza Rockwell obtenida durante el ensayo.El funcionamiento de la máquina puede versede medición será explicado por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.Probetas. Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.Estas mismas probetas se usaron para la medición de la dudurante el ensayo de Impacto.1) Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro,2) Probeta de acero AISI O1 templada en aceite,3) Probeta de acero AISI O1 templada en agua.Las probetas deben ser limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus carasdonde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la superficiedurante el procedimiento de limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que lasuperficie esté en la normal del eje del indentador.Elaborado por Gabriel Calle y Edison HenaoPara obtener la dureza Rockwell de la superficie de un material se presiona contra la probeta unesferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica lacarga principal para sostener la carga total durante algún tiempo. Luego de retirada la cargase observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, elvalor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En las mismascondiciones se realizan varias indentaciones más.MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDA.Para los ensayos Rockwell se usa el escleroscopio HP-250 marca, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Esteaparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell y Vickers. Aplica cargashasta de 250 kgf. Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración,el cual muestra la dureza Rockwell obtenida durante el ensayo.Máquina de dureza RockwellEl funcionamiento de la máquina puede verse en la parte final de este informe, el procedimientode medición será explicado por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.Estas mismas probetas se usaron para la medición de la dureza Vickers y serán destruidasProbeta de acero AISI O1 en estado de suministro,Probeta de acero AISI O1 templada en aceite,Probeta de acero AISI O1 templada en agua.limpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus carasdonde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la superficiedurante el procedimiento de limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que laperficie esté en la normal del eje del indentador.Elaborado por Gabriel Calle y Edison Henaopresiona contra la probeta unesferoidal o esférico, según el caso) con una carga previa, luego se aplica lacarga principal para sostener la carga total durante algún tiempo. Luego de retirada la cargase observa en la escala correspondiente al tipo de indentador, elvalor de la dureza Rockwell, calculado automáticamente por la máquina. En las mismas250 marca, del cual se muestra su aspecto general en la siguiente figura. Esteaparato sirve para la medición tanto de dureza Rockwell como Brinell y Vickers. Aplica cargashasta de 250 kgf. Posee incorporado un sistema de medición de la profundidad de penetración,el procedimientode medición será explicado por el profesor y el monitor en el momento de la práctica.Se ensayarán tres probetas de acero AISI O1, con distintos tratamientos térmicos.reza Vickers y serán destruidaslimpiadas para retirar el óxido, suciedad y escamas de una de sus carasdonde se realizarán las mediciones, se debe tener especial cuidado en no calentar la superficiedurante el procedimiento de limpieza. La probeta debe ser montada de tal forma que la
  5. 5. Elaborado por Gabriel Calle y Edison HenaoIndentadores. El indentador de diamante debe ser un cono con punta esférica altamente pulido.El ángulo debe ser de 120° ± 30´. La punta debe ser una esfera de diámetro nominal 0,200 mm.Las esferas deben tener una dureza Vickers (HV) de al menos 850. Las bolas tienen diámetros ytolerancias como se muestra en la siguiente tabla.Diámetro de la bola Tolerancia [in]1/16” ± 0,0011/8” ± 0,001¼” ±0,001½” ±0,001REALIZACIÓN DEL ENSAYOComo el ensayo se realiza bajo la estricta supervisión y dirección del profesor y monitor, sólo sedarán aquí algunas recomendaciones adicionales.1. Se selecciona el tipo de ensayo según la tabla de escalas de dureza Rockwell. Lascondiciones específicas para las durezas HRC y HRB se muestran en la siguientetabla.IndentadorCarga Pf[kgf]Escala LímitesHRB Bola 1/16” 100 negra 25...100HRC Diamante 150 roja 20...672. Las mediciones se realizarán así para cada probeta:Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro → HRBProbeta de acero AISI O1 templada en aceite → HRCProbeta de acero AISI O1 templada en agua. → HRCSe debe tener especial cuidado en que la mediciones de dureza muestren resultadosdentro de los límites permitidos, de no ser así se debe echar mano de otra escala u otrométodo de medición de dureza.3. Cada vez que se realice cambio de indentador la primera impronta obtenida no serátenida en cuenta, esto para permitir el asentamiento del sistema indentador, montura yporta indentador.4. Se realizarán entre 5 y 10 indentaciones por probeta, teniendo en cuenta que laseparación del borde de la probeta y de una huella al borde de la otra debe ser mayor a2,5 veces el diámetro de la huella.TRATAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LOS DATOSLos datos obtenidos para cada impronta se anotan. Para obtener un dato consolidado sepromedian las durezas obtenidas en todas las indentaciones de cada probeta. Este número seredondea hasta unidades enteras. Los resultados se presentan escribiendo la notación estándarcorrecta. Ejemplo:Probeta de acero AISI O1 en estado de suministro: 90 HRB
  6. 6. Elaborado por Gabriel Calle y Edison HenaoINFORMEDe manera particular, el informe sobre el ensayo Dureza Rockwell , debe contener.1) Objetivo.2) Consideraciones teóricas generales: Definición de dureza. Método Rockwell.3) Maquinaria. Indentadores.3) Probetas. Dibujo de las mismas, comparación con la probeta ASTM.4) Resultados de dureza para cada probeta, con la notación correcta.5) Conclusiones.

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