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INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO EN LA DUREZA DE LOS MATERIALES
ANDRES FELIPE PEDRAZA PARDO
201210322
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGERNIRIA METALURGICA
TUNJA, BOYACA
2015
INFLUENCIA DEL TAMAÑO DE GRANO EN LA DUREZA DE LOS MATERIALES
ANDRES FELIPE PEDRAZA PARDO
201210322
Practica de laboratorio N°8
PRESENTADO A:
ING. Mónica Isabel melgarejo Rincón
Docente TC Escuela de Ingeniería Metalúrgica
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGERNIRIA METALURGICA
TUNJA, BOYACA
2015
CONTENIDO 1. DESARROLLO DE PREGUNTAS ......................................................................................................4
2. CUADRO COMPARATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA ........................................................8
3. ANALISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................ 10
4. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 12
5. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 13
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1. DESARROLLO DE PREGUNTAS
1. Como se puede obtener el mismo valor de la dureza Brinell con una
carga que no sea especificada?
Para obtener un mismo valor de dureza con una carga que no sea la especificada,
es necesario mantener una relación de semejanza geométrica, esta exige que la
relación de los diámetros de la huella y de la esfera (d/D) sea constante. Basta
mantener (P/D2) constante para que, en primera aproximación, se cumpla la ley
de semejanza.
P= carga
D= Diámetro de la esfera
d= diámetro de la huella
2. A que errores se introduce en el procedimiento y desarrollo de un
ensayo brinell?
Los errores a los que se introduce en el procedimiento y desarrollo de un ensayo
brinell son:
La determinación de esta dureza como una propiedad del mineral en sí,
cuando en realidad es una propiedad de la capa superficial.
La no escogencia de la relación de carga y la correspondiente combinación
de diámetro de bola y carga a aplicar, las cuales se encuentran
previamente establecidas en tablas.
No tener cuidado en que el diámetro de la huella este entre el 24% y el 60%
del diámetro de la bola. En la literatura se considera que la huella ideal es
de d= 0.475D.
La utilización de identadores no adecuados para el material o la dureza del
material; esto supone una leve deformación en este que varía los datos
finales.
5
Por último, es muy común caer en el error de tener superficies muy rugosas
lo cual no es ideal y conlleva a la variación de los resultados finales.
3. Por qué el ensayo de dureza vickers tiene mayor aceptación en el área
de trabajos de investigación?
Este método es muy difundido en el ámbito de la investigación ya que permite
medir dureza prácticamente de todos los materiales independientemente del
estado en que se encuentren y de su espesor.
Además este método es el más indicado para ensayar piezas, barras o flejes
delgados y piezas nitruradas, cementadas o cromadas. Es también el más
utilizado para estudios y trabajos de investigación ya que permite determinar la
dureza sin estropearlos, debido a que deja huellas muy pequeñas.
4. La huella del indentador en la dureza Vickers es independiente o
dependiente de la carga? Por qué?
Las huellas son comparables entre sí; independientes de las cargas debido a que
las improntas resultan bien perfiladas y geométricamente semejantes por lo cual la
dureza para un mismo material es constante.
Sin embargo una carga muy alta puede causar que el indentador penetre más allá
de la capa superficial a la que se desee medírsele la dureza, de otro lado una
impronta muy pequeña es difícil de medir y las imperfecciones geométricas de la
pirámide influyen en la precisión del método.
5. que precauciones se deben tener en cuenta para el desarrollo del
ensayo Rockwell?
Precauciones de la superficie
La superficie del amuestra debe ser plana, si se quieren obtener los resultados
óptimos. Las pruebas de Rockwell requieren una superficie esmerilada o
finamente labrada a máquina.
6
Espesor de la muestra
La muestra debe tener tal espesor que la impresión no la atraviese. Si la
impresión aparece por el otro lado, esto indica que el yunque del probador
soportó la carga, en parte. En este caso, las lecturas serán erróneamente
elevadas (excepto en el caso raro de que la muestra de prueba sea más dura que
el yunque que la soporta).
Proximidad de impresiones entre sí y al borde de la muestra
Puesto que el penetrador produce un endurecimiento de trabajo del metal en las
cercanías de la impresión, las lecturas sucesivas que se tomen demasiado cerca
unas de otras pueden ser elevadas (sin embargo, es concebible que una
penetración que coincida casi o parcialmente con una penetración anterior, pueda
ser baja, debido a la falta de soporte en la orilla).
Lisura de las muestras
Perpendicularidad de la dirección de aplicación de la carga a la
superficie de la muestra
El movimiento del penetrador bajo la carga debe estar en ángulo recto con la
superficie de la muestra. Cuando esta última no está en ángulo recto con la
dirección de aplicación de la carga, resultan lecturas bajas.
Rapidez de aplicación y duración de la carga
Las cargas se aplican lentamente por medio de cámaras de aire o dispositivos
mecánicos que evitan los efectos de la inercia. La rapidez de aplicación y la
duración de la carga deben ser tales que el material pueda responder a la carga.
7
6. Siguiendo la norma ASTM E 140 haga conversiones de cada uno de
los resultados obtenidos a las distintas clases de durezas ahí
expuestas?
Tabla 1: Conversión de durezas Según norma ASTM E 140 1
DUREZA AISI 1010 AISI 1020 AISI 1045 01
HRB 87 89 99.5
HRC 21.5 35
HRA 53.4 54.6 61.25 67.9
HRF
HR 15T 88.9 89.5 92.95
HR30T 74.4 75.8 82.8
HV 172 180 244.5 345
HBS 172 180 234 327
HK 188 196 258.5 351
Fuente: Autor
1 Tomado de: Norma ASTM E 140. Conversión de durezas
8
2. CUADRO COMPARATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA
El método utilizado para la determinación del tamaño es el de comparación con
plantilla, el cual está establecido en la norma ASTM E112
Este método consiste en comparar la micrografía a 100X con una serie de
imágenes graduadas.
CUADRO COMPRATIVO TAMAÑO DE GRANO VS DUREZA
Acero AISI Tamaño de grano Dureza HV y HBS
1010
Imagen 2.1. Comparación de tamaño de
grano
100 X Aumentos
HV
172
HBS
172
G=6
1020
Imagen 2.2. Comparación de tamaño de
grano
100 X Aumentos
HV
180
HBS
180
G=7
9
1045
Imagen 2.3. Comparación de tamaño de grano
100 X Aumentos
HV
244.5
HBS
234
G=6
O1
Imagen 2.3. Comparación de tamaño de
grano
100O X Aumentos
Se utilizo factor de correcion
HV
345
HBS
327
G=142
2 American Society for Testing and Materials. ASTM E112. Métodos de prueba estándar para la
determinación del tamaño de grano. 2004. 12 p
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3. ANALISIS DE RESULTADOS
Los límites de grano, son el lugar en que ocurren, preferentemente, las reacciones
en estado sólido. En general, la energía libre de una cantidad de masa de metal
dada disminuye a medida que aumenta el tamaño de grano. La causa del cambio
de energía es la disminución de la energía interfacial asociada a los límites de
grano. Esta disminución de energía es la fuerza impulsora que tiende a producir el
crecimiento del grano. Ahora bien, en la mayoría de las condiciones de aplicación
de los metales, la velocidad de crecimiento del grano es muy pequeña, y sólo a
temperaturas elevadas el crecimiento se produce rápidamente. Un material de
grano fino será, por lo tanto, más duro y más resistente que un material de grano
grueso, el cuál (este último) tendrá más juntas de grano donde se acumularán más
tensiones. Por todo lo anterior debe verificarse que la dureza es inversamente
proporcional al tamaño de grano, aunque en el desarrollo de nuestro laboratorio
hay una pequeña excepción en el acero 1045.3
Grafica 3.1. Tamaño de grano vs Dureza
Fuente: autor
3 Estudio de la relación Hall-Petch en aceros (0,6% C) submi-crométricos. Ing. Investig. vol.31 no.3 Bogotá
Sept./Dec. 2011
4
6
8
10
12
14
16
100 150 200 250 300 350 400
Tam
año
de
gra
no
Dureza HV
Tamaño de grano vs Dureza
11
En la gráfica 3.1 evidenciamos el comportamiento anteriormente explicado, a
medida que el tamaño de grano se hace más pequeño, la dureza va aumentando
considerablemente; en nuestros resultados el acero 1045 presenta una variación
puesto que el grano es más grande que el del AISI 1020; mas sin embargo
presenta un aumento en su dureza de 64.5 HV.
Este comportamiento aunque no cumple con la teoría, puede ser producto del tipo
de fabricación de la varilla, de la velocidad de enfriamiento en la fundición o un
respectivo tratamiento que se le haya realizado. También hay que tener en cuenta
que el acero 1045 tiene mayor cantidad del microconstituyente perlitico el cual
posee dentro de sus propiedades una dureza mayor que la ferrita, correspondiente
al microcontituyente más común en los aceros AISI 1020 y 1045. En la siguiente
tabla se podrá observar la demostración de lo dicho.
Tabla 3.1 Comparación de los microconstituyentes
MICROCONSTITUYENTES DE LOS ACEROS
AISI 1010 AISI 1020 AISI 1045
500 X
500X
500X
PORCENTAJES
Perlita 11.08 % Ferrita 88.92 %
Perlita 23.13% Ferrita 76.87 %
Perlita 53.25 % Ferrita 46.75 %
Fuente: autor
PERLITA
FERRITA
PERLITA
FERRITA
PERLITA
FERRITA
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4. CONCLUSIONES
La dureza y el tamaño de grano son inversamente proporcional, es decir, a
mayor tamaño de grano menor será la dureza.
A la hora de realizar una comparación entre tamaño de grano y durezas en
los aceros es de vital importancia tener en cuenta los métodos de
fabricación del metal utilizado y la composición química del mismo, pues
esta influye directamente en las propiedades mecánicas del material.
El método de determinación de durezas Vicker es el más utilizado debido a
que se puede aplicar a la mayoría de los materiales y además no deforma
en gran manera el material al cual se le realiza el ensayo.
En cada método de determinación de durezas ya sea Brinell, Vickers o
Rockwell se debe tener cuidado en el identador que se utilizada; este se
escoge según el material y la posible dureza del mismo.
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5. BIBLIOGRAFIA
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boundary assemblies in Fe-0.6%O under mechanical milling followed by
consolidating rolling., Scripta Materialia, Vol. 48, 2003, pp 1111-1116. [ Links ]
Belyakov, A., Sakai, Y., Hara, T., Kimura, Y., Tsuzaki, K., Thermal stability of ultra
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hardness in Fe-C alloys with ultra fine grained structure., Scripta materialia, Vol.
44, 2001, pp 1503-1506. [ Links ]
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Nanocrystalline Iron Produced by Mechanical Attrition., Scripta Metallurgical
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