Ensayo de dureza poldi

ENSAYOS DE DUREZA

Los más empleados son los ensayos de dureza estáticos, donde se emplea un elemento "penetrador" y se mide la huella que produce en el material a medir.

La dureza viene dada por la relación entre la fuerza aplicada y la superficie de la huella.

MÉTODO BRINELL (HB)

Emplea como penetrador una bola de acero muy duro de diámetro conocido. Al someter la bola a una carga determinada, se produce en el material una huella en forma de casquete esférico.

La dureza Brinell queda determinada por:

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno.
En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material.

La carga a aplicar viene dada por la siguiente expresión

K es una constante que depende del material:

Material	K
Aluminio, Magnesio y sus aleaciones	5
Cobre y sus aleaciones	10
Aceros	30

D es el diámetro de la bola.

F la fuerza en Kg a aplicar.

La determinación de superficie de la huella se realiza por A=p.D.F

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido. Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.

La denominación del resultado del ensayo se describe de la siguiente manera:

340 HB 10/3000/30

Siendo el primer número el resultado del ensayo en Kp/mm².

Y los valores que siguen a las siglas representan: 10 (diámetro de la bola en mm), 3000 (carga en Kp) y 30 (duración de la carga en segundos)

Método VICKERS

Este método se emplea para durezas superiores a 400 HB. El método es igual al caso anterior, con la salvedad del penetrador que es una pirámide regular de base cuadrada cuyas caras forman un ángulo de 136º. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). El tiempo que dura el ensayo es de unos 20 s.

El resultado de la medición viene dado por: 315 HV 30. Donde el 315 es el valor obtenido en Kp/mm² y 30 la carga aplicada en Kp

MÉTODO ROCKWELL

Este método, a diferencia de los anteriores, permite determinar la dureza de un material, no a partir de la superficie de la huella sino de su profundidad. El penetrador empleado depende del material a ensayar, para los materiales blandos empleamos una bola de acero y para los duros un cono de diamante con 120º de ángulo, denominándose el ensayo según el penetrador con una letra que sigue a las siglas HR, los ensayos más comunes son Rockwell B y C, HRB o HRC.

Forma de realizar el ensayo

1º Se aplica al penetrador una carga de 10 Kg durante un tiempo determinado. Esta carga provoca una huella de profundidad h1.

2º Después, dependiendo de la dureza del material, se añade la carga adicional que puede ser de 60, 100 ó 150 kg. La profundidad de la huella alcanza entonces el valor h2.

3º Al retirar la carga adicional, el penetrador retrocede por la recuperación elástica del material, hasta una profundidad h3

Siendo

h3 y h1 en mm

La dureza Rockwell queda determinada por:

HRC = 100 – e

HRB = 130 – e

 Cuanto mayor es la profundidad e, menor es la dureza del material.

 El durómetro para Rockwell está provisto de una escala graduada que permite realizar una medida instantánea de la profundidad de la huella. En los anteriores casos hay que utilizar una lupa graduada o un microscopio para medir el diámetro de la huella o diagonales de la pirámide.

 omparativa de ensayos de dureza

ENSAYO DE TRACCIÓN

Cuando un material es sometido a una fuerza de tensión se produce una deformación del mismo. Si al cesar la fuerza el material vuelve a sus dimensiones primitivas diremos que ha experimentado una deformación elástica.

Si el material se deforma hasta el extremo de no poder recuperar por completo sus medidas originales, se dice que ha experimentado una deformación plástica.

Dado un elemento cilíndrico sometido a una fuerza F de tracción, se define tensión o esfuerzos como el coeficiente entre la fuerza y la sección transversal A0 del elemento.

Se acostumbra a utilizar como unidad de esfuerzo: Kp/cm², Kp/mm² ó en N/m² (Pascales).

Recordar 1 Pascal (1 N/m²)

Alargamiento unitario

Al aplicar la tensión al elemento se producirá un alargamiento Δl = l – l0

Esta deformación se suele dar en tanto por ciento de la longitud inicial:

Módulo de elasticidad (E)

Todo material se comporta de manera elástica hasta un límite de tensión.

El módulo de Young

Es la relación entre tensión y alargamiento carácterístico de cada material hasta ese límite.

Como &épsilon; es adimensional se mide en las mismas unidades que la tensión.

El ensayo de tracción consiste en someter a una "probeta" del material a ensayar de unas dimensiones determinadas a un esfuerzo de tracción hasta romperla. A través del mismo se obtienen datos acerca de la elasticidad del material, su plasticidad y su resistencia a la rotura.

Probetas La norma que regula el ensayo indica con exactitud las dimensiones que debe de tenerla probeta a ensayar, pueden ser cilíndricas o prismáticas.

Máquina de tracción Son dispositivos mecánicos o hidráulicos que someten a las probetas a unesfuerzo o tensión de tracción creciente. Esto provoca un desplazamiento de las mordazas que sujetan la probeta, que comienza a alargarse. La máquina detecta, cuantifica y relaciona las tensiones aplicadas y las deformaciones (alargamientos producidos).

Diagrama de esfuerzos y deformaciones Relaciona en una gráfica las tensiones aplicadas y laselongaciones producidas. Todo material tiene un diagrama como el siguiente.

Al comienzo de aplicar cargas el material responde de una manera elástica siendo carga y alargamiento proporcionales, es la denominada zona proporcional donde el módulo de Young E es carácterístico de cada material

El límite en que tensión y deformación dejan de ser proporcionales se llama límite proporcional y es un dato importante que se obtiene del ensayo P.

Si se continúa aumentando la tensión el material sigue comportándose de manera elástica pero tensión y deformación ya no son proporcionales.

Cuando se llega a un valor de tensión límite elástico E el material deja de comportarse de forma elástica y al dejar de aplicar la tensión el alargamiento permanece.

A partir del límite elástico el material tiene un comportamiento plástico, en la gráfica se está en la zona plástica.

Si se sigue aumentando la tensión llega un momento que el material no resiste y se rompe es el llamado límite de rotura o tensión de rotura R.

Aunque la probeta no esté visiblemente rota, se considera como límite el valor de tensión a partir del cual se rompe la probeta aunque se siga aplicando una tensión menor. Zona de estricción, llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una

acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona.

Dependiendo de las propiedades del material de elasticidad, plasticidad y resistencia se obtendrá un tipo u otro de gráfica.

El ensayo de tracción de los aceros es el más estudiado, en el mismo se obtiene una gráfica de este tipo:

En el diagrama de muchos aceros aparece una zona a continuación del límite elástico donde el material se alarga de una manera muy rápida sin incrementar la tensión, a este fenómeno se le

llama fluencia ya que el material fluye sin causa aparente. El punto donde desaparece este fenómeno se llama límite de fluencia o tensión de fluencia
F .

Tensión de trabajo T

Cuando se diseña una pieza que ha de estar sometida a esfuerzos hayque asegurarse de que esa pieza va a resistir. Además el diseñador tiene que asegurarse de que la pieza no tiene una gran deformación. Podríamos pensar que para cumplir estas condiciones la tensión de trabajo debería de ser inferior a la que marca el límite elástico o el límite proporcional.
Pero para asegurarse de que con el tiempo o con la aplicación de esfuerzos imprevistos la pieza sigue resistiendo se emplea un coeficiente de seguridad N, de manera que una pieza se someterá a una tensión T que cumpla la siguiente expresión.

Pudiéndose emplear en la expresión el límite proporcional o incluso el límite de rotura.