Práctica nº11: Durómetro

1. Objetivos

Determinar la dureza de metales:
- La dureza Vickers permite medir una amplia gama de materiales y se utiliza en la medida de microdureza, ya que permite aplicar cargas muy pequeñas sobre piezas muy delgadas.
- La dureza Brinell es una medida que se utiliza para medir la dureza de materiales metálicos duros y blandos.
- La dureza Rockwell se utiliza ampliamente en la medida de la dureza, debido a que es un método rápido y preciso.

2. Fundamento

• Dureza Vickers: El método consiste en introducir un penetrador de diamante en forma de pirámide recta de base cuadrada mediante una carga (F) que se aplica durante un tiempo (s). Se mide la diagonal de la huella. La dureza Vickers se determina aplicando la siguiente relación, donde F es generalmente de 294,2 N (30 kgf), aunque se pueden aplicar otras cargas, entre 5 y 100 kgf. Para medidas de dureza superficial se utilizan 1,36 5 kgf.

• Dureza Brinell: El método consiste en hacer penetrar en una muestra del producto a ensayar una bola de diámetro D, bajo la acción de una carga F y medir el diámetro (d) de la huella obtenida con un tiempo de aplicación de la carga de s segundos.

• Dureza Rockwell: El método consiste en hacer penetrar en dos tiempos un penetrador cónico o esférico normalizado, midiendo la penetración remanente (h). 

3. Materiales y reactivos

• Dureza Vickers:  Durómetro con penetrador de pirámide con un ángulo en el vértice entre dos caras apuestas de 136±0,5.

• Dureza Brinell: Durómetro con penetrador de bola Brinell (bola de acero 10 mm). 
• Dureza Rockwell: Moneda de céntimo. Durómetro con: Penetrador de bola con bolas de 1/16 y 1/8". Penetrador de cono de diamante. 

4. Medidas de seguridad

5. Procedimiento

Dureza Vickers: 
1. Se coloca la probeta-sobre el soporte rígido o yunque, evitando los deslizamientos durante el ensayo.
2. Se coloca el penetrador en contacto con la superficie de ensayo.
3. Se aplica la carga perpendicularmente a la superficie, aumentando continuamente, sin que se produzcan vibraciones, hasta alcanzar el valor especificado.
4. Se mantiene esta carga entre 10 y 15 segundos.
5. Se saca la probeta y se mide para cada huella dos diámetros perpendiculares mediante una lupa graduada, tomando como diámetro de la huella la media de estos dos valores.
6. Las condiciones del ensayo se resumen:
- La superficie de la probeta ha de ser plana, estar limpia, sin óxidos ni aceite, ser homogénea y estar colocada perpendicularmente a la bola.

- El espesor (s) de la probeta no deberá ser inferior a 1,5 veces la diagonal de la huella.

- La distancia de separación entre los centros de dos huellas ha de estar comprendido entre 3 y 6 veces el diámetro de la huella y la distancia del centro de la huella al borde ha de estar comprendida entre 2,5 y 3 veces el diámetro de la huella.

- La temperatura del ensayo ha de estar comprendida entre 18 y 28°C.

Dureza Brinell:
1. Se coloca la probeta sobre el soporte rígido o yunque, evitando los deslizamientos durante el ensayo.
2. Se coloca el penetrador en contacto con la superficie de ensayo.
3. Se aplica la carga perpendicularmente a la superficie y se va aumentando continuamente, sin que se produzcan vibraciones, hasta alcanzar el valor especificado de carga. Se mantiene esta carga durante 10 ó 15 segundos.
4. Se saca la probeta y se mide para cada huella dos diámetros en direcciones perpendiculares mediante una lupa graduada, tomando como diámetro de la huella la media de estos dos valores.
5. Las condiciones del ensayo se resumen:
- La superficie de la probeta ha de ser plana, estar limpia, sin óxidos ni aceite, ser homogénea y estar colocada perpendicularmente a la bola.
- El espesor (s) de la probeta será como mínimo 8 veces la profundidad de la huella.
- La distancia de separación entre los centros de dos huellas ha de ser al menos de 3 veces el diámetro de la huella y la distancia del centro de la huella al borde ha de ser de al menos 2,5 veces el diámetro de la bola. La carga del ensayo se debe elegir de forma que el diámetro de huella d esté comprendido entre los valores 0,24 y 0,6 el diámetro de la bola.
- La relación carga - diámetro (K = F/D2) debe elegirse de acuerdo con el material. La temperatura del ensayo ha de estar comprendida entre 18y 28°C.

Dureza Rockwell:
1. Se coloca la probeta sobre el soporte rígido o yunque, de forma que la superficie a penetrar sea normal al penetrador evitando los deslizamientos al aplicar la carga.
2. Se coloca el penetrador de bola 1/16 de pulgada (1,5875 mm) en contacto con la superficie de la probeta (punto rojo). Este penetrador sirve para los ensayos de dureza en las escalas B, F, G, y T y el de 1/8 de pulgada (3,175 mm) sirve para las escalas E, H y K, mientras que el penetrador de cono de diamante se empleará en los ensayos de dureza para las escalas A, C, D y N.
3. Coloca el penetrador en contacto con la superficie de ensayo.
4. Se aplica, sin golpes, sacudidas o vibraciones, la carga inicial (10 kg), siguiendo las instrucciones del aparato. La duración de la carga no debe exceder de 3 segundos.
5. Se lleva la aguja indicadora de penetración al origen de graduación (C0 o B30 según corresponda). 6. Se aplica la sobrecarga (90 kg) progresivamente en un tiempo de 2 a 8 segundos y ésta se mantiene entre 2 y 6 segundos.
7. Se retira la 'sobrecarga, manteniendo la carga inicial y se lee en el indicador la profundidad remanente (h).
8. Las condiciones del ensayo se resumen:
- La superficie de la probeta ha de ser plana, estar limpia, sin óxidos ni aceite, ser homogénea y estar colocada perpendicularmente a la bola.
- El espesor (s) de la probeta deberá ser al menos 15 veces el valor remanente de la huella para el ensayo con bola o 10 veces para el ensayo con cono.
- La distancia de separación entre dos huellas adyacentes ha de estar al menos 4 veces el diámetro (d) de la huella y no menor de 2 mm.
- La distancia desde el centro de una huella al borde ha de ser al menos 2,5 veces el valor de d, pero no menor de 1 mm.
- La temperatura del ensayo ha de estar comprendida entre 18 y 28°C.

7. Datos experimentales

• Dureza Brinell: 

- Carga aplicada: 180KP.
- Diámetro de a punta: 2'5mm.
- Objeto: Moneda de 10 céntimos.
- Diámetro de la huella: 0'2282mm.

- Radio de la huella: 0'1141mm

- Superficie de la moneda: 0'0408mm2.
-Tiempo aplicado:4 seg.

• Dureza Vickers:

- Carga: 100KP.
-Diámetro de la punta: 2'5mm.
- Objeto usado: Moneda de 5 céntimos.
- Diámetro de la huella: 0'2714mm.
- Radio de la huella: 0'1357mm.
- Superficie de la huella: 0'0579mm2.
- Tiempo aplicado: 23 seg.
- Fuerza obtenida: 
+ 32
+ 25
+ 28

• Dureza Rockwell:

- Carga: 100KP.

- Diámetro de la punta: 1/8 pulgadas.

- Objeto: Trozo de aluminio.

- Diámetro de la huella: 0'2416.
- Tiempo aplicado: 4 seg.
- Fuerza obtenida:
+ 50
+ 52
+ 53

8. Cálculos experimentales

• Dureza Brinell:

HBW= 316'43HBW

• Dureza Vickers:

HV= 

• Dureza Rockwell:

Los valores son los dados por el propio durómetro 

9. Resultados experimentales

10. Observaciones

Como se pueden observar en las fotos, el ensayo no está bien realizado puesto que todos los agujeros dados están en un mismo lugar, cuando deberían estar hechos en distintas partes de la moneda para un resultado representativo. 

11. Conclusiones

Como se puede observar, la dureza Brinell es mayor que la Rockwell puesto que la dureza Brinell se utiliza para materiales mucho más duros. La moneda de 10 céntimos está compuesta de un 88% de cobre, un 5% de aluminio, un 5% de zinc y el 2% restante de estaño. Esta aleación se llama "oro nórdico" y confiere cierta dureza a la moneda, mayor que la moneda de 5 céntimos compuesta por cobre o por la lámina de aluminio que es mucho más fácil de penetrar. Es por ello por lo que la dureza Vickers da unos resultados más pequeños que la Brinell o la Rockwell.