M. En C. José Antonio González Moreno Ing. En Mantenimiento Industrial

Presentación del tema: "M. En C. José Antonio González Moreno Ing. En Mantenimiento Industrial"— Transcripción de la presentación:

1 M. En C. José Antonio González Moreno Ing. En Mantenimiento Industrial
Escalas de Dureza M. En C. José Antonio González Moreno Ing. En Mantenimiento Industrial Mayo del 2016

2 Introducción: En esta presentación se estudiará el concepto de Dureza, las escalas básicas de Dureza, así como los equipos utilizados para dicho fin. Por último se presentan las conclusiones, así como las Referencias Bibliográficas utilizadas en la información y una serie de preguntas de repaso.

3 Antecedentes: La Resistencia de Materiales se originó a medida que el hombre descubrió la minería y sus ventajas, desde que el hombre se dio cuenta que unas piedras eran más duras que otras para utilizarlas en herramientas, flechas, etc.

4 Desarrollo del Tema Existe una amplia variedad de escalas de Dureza. Algunas de ellas se utilizan en mecánica de materiales, otras en Construcción y otras más, en minería. Para comenzar el estudio de Dureza, es necesario definir dicho concepto: Dureza: Es la Capacidad que presenta un material de No ser rayado, ni deformado al aplicarle una fuerza.

5 Clasificación de la Dureza:
No existe una definición única acerca de la dureza y se le suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son: 1) Dureza por Penetración: Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas. 2) Dureza por Rebote: Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas. 3) Dureza por Desgaste: Resistencia a la abrasión y fricción entre materiales y superficies. 4) Dureza por Rayado: Resistencia al rayado que presenta un material al utilizar otro que pueda generar marcas.

6 Escala de Dureza 1: Mohs Es la escala más básica del 1 al 10, en el que 1 es el material o mineral capaz de ser rayado por cualquier otra superficie y 10 es el mineral que no puede ser rayado por ninguno de las demás escalas. La escala Mohs sólo se aplica a minerales como se muestra en la siguiente tabla:

7 Escala de Dureza 1: Mohs La siguiente figura presenta la escala Mohs con las características para cada material:

8 Otra medición de la Escala:
Escala de Dureza 1: Mohs Otra medición de la Escala:

9 Comparación con otras Escalas:
Escala de Dureza 1: Mohs Comparación con otras Escalas:

10 Escala de Dureza 2: Brinell
La escala de Dureza Brinell (HB), utiliza como penetrante o identador en los metales, una esfera de Carburo de wolframio (φ=10 mm). Se oprime contra la superficie del metal y se mide el diámetro de la impresión, (generalmente de 2 a 6 mm). La Forma de calcular HB es la siguiente:

11 Escala de Dureza 2: Brinell
El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que: La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la máquina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material.

12 Escala de Dureza 2: Brinell
Por medio de la Dureza Brinell, se puede determinar la profundidad del casquete impreso o de la huella del identador (h), midiendo el diámetro del identador (D) y el diámetro del casquete o huella marcada sobre el metal (d), es decir: Llegando a la expresión:

13 Escala de Dureza 2: Brinell
Instrumental utilizado para medir la HB:

14 Escala de Dureza 2: Brinell
Tabla de Equivalencias de Dureza Brinell:

15 Escala de Dureza 3: Rockwell
Al igual que en el ensayo Brinell, la Dureza Rockwell (HR), se determina en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador bajo una carga estática dada.

16 Escala de Dureza 3: Rockwell
Difiere del ensayo Brinell (HB) en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños por lo que la impronta será menor y menos profunda.

17 Escala de Dureza 3: Rockwell
Además el ensayo Rockwell no requiere la utilización de fórmula alguna para la determinación de la dureza. Esta se obtiene directamente del dial indicador de la máquina ya que la misma está dada por el incremento de profundidad de penetración debido a la acción del penetrador, el cual puede ser una bolilla de acero o un cono de diamante.

18 Escala de Dureza 3: Rockwell
Se presenta una tabla donde se muestran Diferentes escalas en función de la Carga y el Penetrador:

19 Escala de Dureza 3: Rockwell
Continuación de la Escala:

20 Escala de Dureza 3: Rockwell
Se muestra una tabla de Rango recomendado de las escalas Rockwell (HR), según estándares ISO:

21 Escala de Dureza 3: Rockwell
Instrumental utilizado en las mediciones:

22 Escala de Dureza 3: Rockwell
Características de las Principales Escalas de Dureza Rockwell:

23 Escala de Dureza 3: Rockwell
Tabla de Equivalencias de Dureza Rockwell:

24 Escala de Dureza 4: Vickers
La determinación de la Dureza Vickers (HV), es similar a la Brinell (HB), ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide, de esta manera el valor de HV:

25 Escala de Dureza 4: Vickers
Es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de penetración (h) de la siguiente manera: Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el espesor y tipo de material. En general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más utilizadas. De esta manera para indicar las condiciones de ensayo sólo es necesario indicar la carga así HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.

26 Escala de Dureza 4: Vickers
Equivalencias de Escala Vickers con otras escalas: 1) Khrushchov realizando mediciones en los nueve primeros minerales de la escala de Mohs encontró la siguiente relación :

27 Escala de Dureza 4: Vickers
En general es necesario seguir las mismas consideraciones mencionadas para los ensayos Brinell y Rockwell, debiendo tenerse especialmente presente que la superficie a ensayar debe estar casi pulida. La carga debe actuar durante al menos 10 s aunque en algunos casos puede llegar hasta los 30 s. En aceros dulces, los valores HV pueden variar de 120 a 170, mientras que en aceros tratados térmicamente puede variar entre 800 y 1000.

28 Escala de Dureza 4: Vickers
Instrumental utilizado para medir HV:

29 Escala de Dureza 4: Vickers
Ventajas de la Escala HV: Resultado Universal, el valor es independiente de la carga aplicada. Con un único penetrador, se mide una amplia gama de materiales. Posibilidad de medir piezas delgadas (≥ 0.05 mm de espesor) Se puede medir dureza superficial. Más exacta que la escala Rockwell (1 unidad HR = 32.5 unidades HV).

30 Escala de Dureza 4: Vickers
Desventajas de la Escala HV: La superficie debe de estar liza y perpendicular al eje de la aplicación de la carga. La superficie debe de estar pulida y limpia de óxidos, carburos, grasa, etc.. La distancia al borde de la pieza debe de ser > 4 Φ (Brinell o Rockwell). El espesor de la Probeta debe de ser >2 Φ (Brinell o Rockwell) y también debe de ser >1.5 veces la diagonal de la huella (Vickers).

31 Microdureza Vickers (μHV) :
Penetrador: diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular con 136º entre caras. El valor de la dureza es función de la diagonal de la huella = f (área de la pirámide), es decir:

32 Microdureza Vickers (μHV):
Instrumental Utilizado:

33 Microdureza Knoop (μHK) :
En la microdureza Knoop se utiliza un penetrador de diamante como el de la figura inferior. La dureza se determina mediante el cociente de la carga aplicada y el área de la impronta proyectada sobre la superficie que es ensayada y en la que no debe tenerse en cuenta la recuperación elástica del material. Sin embargo, la medición de la superficie requiere que se retire el penetrador y por lo tanto el material produce la recuperación elástica y la consecuente deformación de la impronta.

34 Microdureza Knoop (μHK) :
Por eso, considerando que la diagonal mayor l prácticamente no es afectada por la recuperación, el cálculo de la superficie se realiza en función de lo anterior. De esta manera el área S de la base de la impresión no recuperada será:

35 Escala de Dureza 5: Shore
El método Shore (HS) consiste en determinar el rebote que sufre un percutor al chocar contra la superficie que se ensaya, cuando se le deja caer desde una altura determinada. El percutor utilizado es de acero duro de forma cilíndrica y punta redondeada de muy buena terminación, la que también puede ser de diamante. El percutor cuyo peso es de 3 a 7 gr se deja caer desde una altura de 250 mm y la lectura del rebote se hace directamente en una escala de 140 divisiones en la que un rebote que alcanza 100 divisiones corresponde a un acero templado (martensítico) grado herramienta.

36 Escala de Dureza 5: Shore
Instrumental utilizado: Escleroscópios tipo Shore

37 Valores de Dureza para algunos materiales

38 Resumen de Escalas de Dureza

39 Otras Escalas de Dureza

40 Conclusiones: Existen variadas escalas de Dureza con el fin de tener una medición del material a trabajar o a analizar. Se ha entendido que Todas las escalas de Dureza son relativas, debido a que microscópicamente cada material es diferente y no es homogéneo en su estructura. Cada escala de Dureza tiene sus ventajas y desventajas, así como su complejidad de cálculo, pero se debe siempre de tener en cuenta dichas graduaciones para entender el comportamiento y aplicación del material.

41 Referencias Bibliográficas:
Exámenes Resueltos de Resistencia de Materiales. Autor Corporativo: Stalin Romero – StalinRM. ( ). Recuperado el 21 de Febrero del 2014 de: S.A. (2010). Apunte de Dureza. Recuperado el 7 de Octubre de 2014, de Ensayos de Dureza: Callister, D. W. (2007). Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Editorial Reverté. México.

42 Preguntas de Repaso: 1.-Definir el concepto de lo que es Dureza:
R = Es la Capacidad que presenta un material de No ser rayado, ni deformado al aplicarle una fuerza. 2.- Describir lo que es dureza por Penetración: R = Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas. 3.- Tipo de Dureza en la cual se origina una absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas R = Dureza por Rebote. 4.- ¿Cuál es la Dureza que se aplica y utiliza en minerales? R = Dureza Mohs

43 Preguntas de Repaso: 5.-Mineral de la Escala Mohs que sólo es rayado por Carburo de Silicio: R = El Coridión. 6.- Escala de Dureza que sólo utiliza como penetrante o identador una esfera de Carburo de wolframio de 10 mm: R = Dureza Brinell. 7.- Difiere del ensayo Brinell (HB) en que las cargas son menores y los penetradores más pequeños: R = Dureza Rockwell. 8.- Escala que utiliza una carga pequeña y el penetrador es un diamante en forma de pirámide: R = Dureza Vickers

44 Preguntas de Repaso: 9.- Describir lo que es la dureza por rebote:
R = Es la absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas. 10.- Mencionar dos Minerales de la Escala Mohs que tengan una dureza promedio: R = La Ortoclasa y la Apatita. 11.- Decir la Diferencia entre un Durómetro y un Escleroscopio: R = En el Durómetro, la fuerza se aplica por presión, mientras que en el Escleroscopio es por altura y rebote. 12.- Escala de Dureza que NO utiliza un Durómetro: R = Dureza Shore