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Fuente: Roberto León, Departamento de Ingeniería Civil y ambiental, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Prueba de la dureza es uno de los ensayos mecánicos más universalmente valiosos disponibles para ingenieros, ya que es simple y relativamente barata para la riqueza de la información y los datos que produce. Ensayos de dureza, generalmente bajo la forma de un ensayo de penetración superficial, es más rápido y menos destructivos que los ensayos de tracción. Dureza proporciona una relación lineal con resistencia a la tracción sobre una amplia gama de fortalezas para muchos materiales, tales como el acero. Pruebas de dureza son empíricas, más que derivadas de la teoría, como los resultados confunden los efectos de muchas propiedades de diferentes materiales (módulo de Young, resistencia, etcetera).
Dureza es una característica de un material que se utiliza para describir cuánto plástica deformación (rendimiento) que un material se experimentan cuando se aplica una fuerza conocida). Uno puede caracterizar dureza de tres maneras: rayado, indentación y dureza del rebote. Un ejemplo común de principios de una prueba de dureza (cero) es la escala de Mohs (1820), derivada de minerales, y en que talco tiene un valor de 1 y el diamante de un valor de 10. En muesca prueba utilizando el método Rockwell, se utilizan pequeños penetradores con cargas diferentes. Los más comunes son el B Rockwell de dureza (HRB), que utiliza un 1/16 de pulgada habían endurecido a penetrador de bola de acero con un peso de 100 kg y C de la dureza Rockwell (HRC), que utiliza a un penetrador de cono de diamante con un peso de 150 kg. HRB las pruebas se realizan para materiales con dureza de gama baja, tales como aluminio, latón y aceros blandos, mientras que pruebas HRC se utilizan para materiales con dureza alta gama, como los aceros más duros. Pesos más pequeños (15 a 45 kg) se utilizan para la prueba de dureza superficial Rockwell como HR15W, que utiliza una bola de acero 1/8 de pulgada con un peso de 15 kg. Con su carga baja y poco profunda impresión, una prueba de dureza superficial de Rockwell es ideal para materiales muy delgados o quebradizos. Un ejemplo de una prueba de rebote es el martillo de Schmidt, utilizado para medir la resistencia del hormigón. En esta prueba, una masa de acero se dispara en la superficie con una fuerza conocida y se mide el rebote de la bola. En todos los tipos de prueba de la dureza, es imprescindible para llevar a cabo calibraciones extensas si se quieren obtener resultados fiables.
Para este experimento analizaremos la prueba de dureza Rockwell, que mide la dureza de indentación de aluminio sin tratar y tratada térmicamente.
El siguiente procedimiento es para el manual de la máquina que se muestra en la figura 1. El procedimiento es típico de otras máquinas también.
Prueba de la dureza es una prueba sencilla y relativamente barata. Más rápido y menos destructivos que los ensayos de tracción, es considerado uno de los ensayos mecánicos más universalmente valiosos disponibles para ingenieros.
Valores de pruebas de dureza son empíricos, y sin embargo resultados proporcionan una muy buena correlación con la resistencia del material en una amplia gama de materiales. Cuando se aplica una fuerza conocida en una prueba de la dureza, la cantidad de deformación plástica que sufre el material determina el valor de dureza.
En las pruebas de tipo Rockwell, cargado a penetradores de dureza diferentes de medida de tamaños y formas. Para este experimento, vamos a medir y comparar la dureza de acero sin tratar y tratada térmicamente utilizando la prueba de dureza Rockwell.
Varios métodos comunes para medir la dureza de metales incluyen dureza Rockwell, Brinell, Vickers y Knoop BNC. Cada uno de estos métodos utiliza un penetrador, ya sea en la forma de una esfera, un cono o una pirámide de diamante.
Se hace una muesca en la superficie de un metal y se muestra una lectura de dureza. De esta lista, la prueba de dureza Rockwell es el más popular de los aceros estructurales. Un probador manual estándar consiste en un sistema de palanca para aplicar la carga y una lectura analógica que muestra el número de dureza.
En la típica prueba de Rockwell, se establece un punto cero para tener en cuenta las variaciones de la superficie aplicando una carga preliminar y una profundidad de penetración inicial. A continuación, la carga principal se aplica en el penetrador. Por último, la carga se retira y se mide la profundidad de penetración final. El indicador de dial en la parte superior de la máquina utiliza la diferencia entre estos dos valores para mostrar un valor de dureza Rockwell. El material es el más difícil, menos penetrará el penetrador, resultando en un mayor valor de dureza Rockwell. Así, los valores de dureza Rockwell B y Rockwell C se basan en la profundidad de la penetración, y por lo tanto las máquinas de ensayo son calibradas a menudo usando bloques de prueba de calibración para los rangos de dureza específica.
Ensayos de dureza Rockwell se pueden utilizar para evaluar cómo cambia la fuerza de un material a través de procesos como el tratamiento térmico o laminación en frío. Laminación en frío tiende a producir materiales más fuertes, más difíciles. Tratamiento térmico puede resultar en materiales blandos a través de estructuras pero más difíciles apagar la calefacción.
Por ejemplo, en la prueba Jominy fin saciar, un espécimen cilíndrico se calienta uniformemente. Uno de los extremos entonces se apaga con una corriente de agua. Cambios a lo largo de la longitud de la probeta desde el extremo templado al final insaciable pueden verse en los valores de dureza, que son representativos de los cambios en la microestructura.
En la siguiente sección, medimos la dureza a lo largo de la longitud de un espécimen Jominy sacian prueba final acero para observar la transición de tratamiento tratamiento térmico del acero usando la prueba de dureza Rockwell.
Antes de comenzar, familiarícese con la máquina de prueba. El yunque, que puede ser levantado o bajado por el cabrestante volante, apoya una muestra bajo el indentador intercambiable.
Una carga de prueba es elegida con el selector en el lado de la máquina y se aplica girando la palanca de carga desde la posición de descarga a la posición de carga. Correcta de cargar y mediciones finales se determinan usando el calibrador del dial en la parte superior de la máquina.
Antes de insertar a su espécimen de la prueba, confirmar que está instalado el penetrador de cono de diamante de Rockwell C y la carga de prueba se establece en 150 kilogramos. Fijar al espécimen en la máquina con la superficie plana contra el yunque. Para esta demostración utilizaremos a un espécimen Jominy apagó el final que ha sufrido enfriamiento tratamiento de agua.
Mueva la palanca de carga a la posición de descarga y luego levantar el yunque para traer a la muestra de cerca el penetrador. Ajustar la posición de la muestra para que el penetrador es una-16 de una pulgada del extremo. Cuando la posición es correcta, vuelva a fijar a la muestra para que no se mueva durante la prueba. Ahora, levante la muestra una vez más hasta que la aguja del dial frontal comienza a moverse un poco, indicando que se establece contacto con el penetrador.
Aplicar la precarga al levantar lentamente la muestra hasta que la aguja en el dial ha completado tres vueltas completas. Deténgase cuando la aguja ha completado la tercera vuelta. Ajuste el anillo exterior del dial indicador de modo que la lectura inicial es cero. Luego mueva la palanca de carga a la posición de carga para aplicar la carga de la prueba. La aguja se asentarán en un nuevo valor como se aplica la carga. Espere hasta que detiene y luego mueva la palanca de carga hacia atrás a la posición de descarga.
Grabar la dureza de Rockwell C del calibrador del dial y luego baje el yunque para mover la muestra del penetrador. Repetir esta prueba a lo largo de la longitud de la muestra. Las normas ASTM A255 especifican que lecturas se deben tomar intervalos de XVI de una pulgada de la primera media pulgada y a intervalos de un octavo de pulgada para la próxima media pulgada.
Trama de Rockwell de la dureza de la muestra en función de la posición a lo largo de la muestra. Claramente, la dureza disminuye como la distancia desde el extremo templado aumenta.
La prueba de dureza Rockwell se utilizó para demostrar que debido a la velocidad de enfriamiento, el cambio en la estructura interna del material afecta la dureza del material, que a su vez indica la resistencia del material.
Ahora que se aprecia la prueba de dureza por su facilidad de uso, vamos a echar un vistazo a cómo se aplica para asegurar la calidad de los productos de uso cotidiano.
Valores de dureza se pueden convertir fácilmente a valores de fuerza mediante gráficos derivadas de ecuaciones empíricas. Como era de esperar, materiales más blandos tienen menores valores de resistencia y materiales duros tienen valores más altos de la fuerza. Debido a esto, valores de dureza pueden utilizarse en lugar de ensayos de tracción más costosos para predecir la fuerza de las cosas que usamos todos los días.
Sólo mirando a su alrededor en una barbacoa del patio trasero, podrás ver muchos productos que son considerados seguros debido a la dureza. Metal sillas de jardín, las rejillas en la parrilla sobre una amplia gama de temperaturas, cuchillos de acero endurecidos y la escalera metálica de la piscina en condiciones acuáticas. Todos eran probablemente dureza probada para garantizar la seguridad del consumidor.
Sólo ha visto la introducción de Zeus a la prueba de dureza Rockwell. Ahora debería entender por qué prueba de la dureza se utiliza comúnmente, cómo realizar la prueba de la dureza y cómo analizar los resultados obtenidos.
¡Gracias por ver!
La prueba de dureza es una prueba simple y relativamente económica. Más rápido y menos destructivo que las pruebas de tracción, se considera una de las pruebas mecánicas más universalmente valiosas disponibles para los ingenieros.
Los valores de las pruebas de dureza son empíricos y, sin embargo, los resultados proporcionan una muy buena correlación con la resistencia del material en una amplia gama de materiales. Cuando se aplica una fuerza conocida en una prueba de dureza, la cantidad de deformación plástica que sufre el material determina el valor de dureza.
En las pruebas de tipo Rockwell, los indentadores cargados de varios tamaños y formas miden la dureza. Para este experimento, mediremos y compararemos la dureza del acero sin tratar y tratado térmicamente utilizando la prueba de dureza Rockwell.
Varios métodos comunes para medir la dureza de los metales incluyen Brinell, Vickers, Knoop y Rockwell dureza BNC. Cada uno de estos métodos utiliza un penetrador, ya sea en forma de esfera, cono o pirámide de diamante.
Se hace una hendidura en la superficie de un metal y se muestra una lectura de dureza. De esta lista, la prueba de dureza Rockwell es la más popular para los aceros estructurales. Un probador Rockwell manual estándar consta de un sistema de palanca para aplicar la carga y una lectura analógica que muestra el número de dureza.
En la prueba típica de Rockwell, se establece un punto cero para tener en cuenta las variaciones de la superficie mediante la aplicación de una carga preliminar y la medición de una profundidad de penetración inicial. A continuación, se aplica la carga principal al indentador. Finalmente, se retira la carga y se mide la profundidad de penetración final. El medidor de cuadrante en la parte superior de la máquina utiliza la diferencia entre estos dos valores para mostrar un valor de dureza Rockwell. Cuanto más duro sea el material, menos penetrará el penetrador, lo que dará como resultado un mayor valor de dureza Rockwell. Por lo tanto, los valores de dureza Rockwell B y Rockwell C se basan en la profundidad de la penetración y, por lo tanto, las máquinas de prueba se calibran a menudo utilizando bloques de prueba de calibración para rangos de dureza específicos.
Las pruebas de dureza Rockwell se pueden utilizar para evaluar cómo se cambia la resistencia de un material a través de procesos como el tratamiento térmico o el laminado en frío. El laminado en frío tiende a dar como resultado materiales más fuertes y duros. El tratamiento térmico puede dar como resultado materiales más blandos a través del calentamiento, pero estructuras más duras a través del enfriamiento.
Por ejemplo, en la prueba de enfriamiento final de Jominy, una muestra cilíndrica se calienta uniformemente. A continuación, se apaga un extremo con un chorro de agua. Los cambios a lo largo de la longitud de la muestra desde el extremo templado hasta el extremo no templado se pueden ver en los valores de dureza, que son representativos de los cambios en la microestructura.
En la siguiente sección, mediremos la dureza a lo largo de la longitud de una muestra de prueba de enfriamiento de extremo Jominy de acero para observar la transición de acero sin tratar a acero tratado térmicamente utilizando la prueba de dureza Rockwell.
Antes de comenzar, familiarícese con la máquina de prueba. El yunque, que se puede subir o bajar mediante el volante del cabrestante, soporta una muestra por debajo del penetrador intercambiable.
Se elige una carga de prueba utilizando el selector en el lateral de la máquina y se aplica girando la palanca de carga desde la posición de descarga a la posición de carga. La precarga correcta y las mediciones finales se determinan utilizando el comparador en la parte superior de la máquina.
Antes de insertar su muestra de prueba, confirme que el indentador de cono de diamante Rockwell C esté instalado y que la carga de prueba esté configurada en 150 kilogramos. Asegure la muestra en la máquina con la superficie plana contra el yunque. Para esta demostración, utilizaremos un espécimen Jominy End Quenched que se ha sometido a un tratamiento de refrigeración por agua.
Mueva la palanca de carga a la posición de descarga y, a continuación, levante el yunque para acercar la muestra al penetrador. Ajuste la posición de la muestra de modo que el penetrador esté a un dieciseisavo de pulgada del extremo. Cuando la posición sea correcta, vuelva a asegurar la muestra para que no se mueva durante la prueba. Ahora, levante la muestra una vez más hasta que la aguja en el dial frontal comience a moverse ligeramente, lo que indica que se ha establecido contacto con el indentador.
Aplique la precarga continuando elevando lentamente la muestra hasta que la aguja del dial haya completado tres vueltas completas. Deténgase cuando la aguja haya completado la tercera vuelta. Ajuste el anillo exterior del comparador para que la lectura inicial sea cero. A continuación, mueva la palanca de carga a la posición de carga para aplicar la carga de prueba. La aguja se asentará a un nuevo valor a medida que se aplique la carga. Espere hasta que deje de moverse y luego vuelva a mover la palanca de carga a la posición de descarga.
Registre la dureza Rockwell C desde el comparador y luego baje el yunque para alejar la muestra del indentador. Repita esta prueba a lo largo de la muestra. Las pautas ASTM-A255 especifican que las lecturas deben tomarse a intervalos de un dieciseisavo de pulgada para la primera media pulgada y a intervalos de un octavo de pulgada para la siguiente media pulgada.
Traza la dureza Rockwell de la muestra en función de la posición a lo largo de la muestra. La dureza disminuye claramente a medida que aumenta la distancia desde el extremo templado.
La prueba de dureza Rockwell se utilizó para demostrar que, debido a la velocidad de enfriamiento, el cambio en la estructura interna del material afectaba la dureza del material, lo que a su vez indica la resistencia del material.
Ahora que aprecia la prueba de dureza por su facilidad de uso, echemos un vistazo a cómo se aplica para garantizar la calidad de los productos cotidianos.
Los valores de dureza se pueden convertir fácilmente en valores de resistencia utilizando gráficos derivados de ecuaciones empíricas. Como era de esperar, los materiales más blandos tienen valores de resistencia más bajos y los materiales más duros tienen valores de resistencia más altos. Debido a esto, los valores de dureza se pueden usar en lugar de pruebas de tracción más costosas para predecir la resistencia de las cosas que usamos todos los días.
Con solo mirar a su alrededor en una barbacoa en el patio trasero, verá muchos productos que se consideran seguros debido a las pruebas de dureza. Sillas de jardín de metal, rejillas en la parrilla en una amplia gama de temperaturas, cuchillos de acero endurecido y la escalera de piscina de metal en condiciones acuáticas. Es probable que todos hayan sido sometidos a pruebas de dureza para garantizar la seguridad del consumidor.
Acabas de ver la introducción de JoVE a la prueba de dureza Rockwell. Ahora debe comprender por qué se usan comúnmente las pruebas de dureza, cómo realizar las pruebas de dureza y cómo analizar los resultados obtenidos.
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