T1: Materiales y fabricación · Ensayos de dureza — TECNOLOGIA E INGENIERIA II PEvAU Andalucía 2024

Ensayos de dureza

Problema

2024 · Ordinaria · Reserva

Para determinar la dureza Brinell de un material se ha utilizado una bola de 5 mm de diámetro y se ha elegido una constante $K = 30 \text{ kp/mm}^2$ , obteniéndose una huella de 2 mm de diámetro.

a) Determinar la profundidad de la huella.b) Calcular la dureza Brinell.c) Explicar la diferencia fundamental entre los ensayos destructivos y no destructivos de los materiales. Indicar un ejemplo de cada uno de ellos.

Dureza BrinellEnsayos no destructivos

Resolución del ejercicio de dureza Brinell y ensayos de materiales

a) Determinar la profundidad de la huella.

Datos

D = 5 \text{ mm}

d = 2 \text{ mm}

Fórmulas La profundidad de la huella $h$ se calcula a partir del diámetro de la bola $D$ y el diámetro de la huella $d$ mediante relaciones geométricas.

h = \dfrac{D}{2} - \sqrt{\left(\dfrac{D}{2}\right)^2 - \left(\dfrac{d}{2}\right)^2}

Sustitución

h = \dfrac{5 \text{ mm}}{2} - \sqrt{\left(\dfrac{5 \text{ mm}}{2}\right)^2 - \left(\dfrac{2 \text{ mm}}{2}\right)^2}

h = 2.5 \text{ mm} - \sqrt{(2.5 \text{ mm})^2 - (1 \text{ mm})^2}

h = 2.5 \text{ mm} - \sqrt{6.25 \text{ mm}^2 - 1 \text{ mm}^2}

h = 2.5 \text{ mm} - \sqrt{5.25 \text{ mm}^2}

h = 2.5 \text{ mm} - 2.2913 \text{ mm}

Resultado

h = 0.2087 \text{ mm}

b) Calcular la dureza Brinell.

Datos

D = 5 \text{ mm}

d = 2 \text{ mm}

K = 30 \text{ kp/mm}^2

Fórmulas La fuerza de ensayo $F$ se calcula a partir de la constante $K$ y el diámetro de la bola $D$ .

F = K \cdot D^2

La dureza Brinell $HB$ se define como la relación entre la fuerza de ensayo $F$ y la superficie esférica de la huella $S_{\text{esférica}}$ .

HB = \dfrac{2F}{\pi D (D - \sqrt{D^2 - d^2})}

Sustitución Primero, calculamos la fuerza de ensayo $F$ .

F = 30 \text{ kp/mm}^2 \cdot (5 \text{ mm})^2

F = 30 \text{ kp/mm}^2 \cdot 25 \text{ mm}^2

F = 750 \text{ kp}

A continuación, calculamos la dureza Brinell $HB$ .

HB = \dfrac{2 \cdot 750 \text{ kp}}{\pi \cdot 5 \text{ mm} \cdot (5 \text{ mm} - \sqrt{(5 \text{ mm})^2 - (2 \text{ mm})^2})}

HB = \dfrac{1500 \text{ kp}}{\pi \cdot 5 \text{ mm} \cdot (5 \text{ mm} - \sqrt{25 \text{ mm}^2 - 4 \text{ mm}^2})}

HB = \dfrac{1500 \text{ kp}}{\pi \cdot 5 \text{ mm} \cdot (5 \text{ mm} - \sqrt{21 \text{ mm}^2})}

HB = \dfrac{1500 \text{ kp}}{\pi \cdot 5 \text{ mm} \cdot (5 \text{ mm} - 4.5826 \text{ mm})}

HB = \dfrac{1500 \text{ kp}}{\pi \cdot 5 \text{ mm} \cdot 0.4174 \text{ mm}}

HB = \dfrac{1500 \text{ kp}}{6.5583 \text{ mm}^2}

Resultado

HB = 228.71 \text{ kp/mm}^2

c) Explicar la diferencia fundamental entre los ensayos destructivos y no destructivos de los materiales. Indicar un ejemplo de cada uno de ellos.

La diferencia fundamental entre los ensayos destructivos (ED) y los ensayos no destructivos (END) radica en si la pieza o material ensayado puede seguir siendo utilizado después de la prueba.Ensayos Destructivos (ED):Los ensayos destructivos implican someter el material o componente a condiciones que provocan su deformación permanente, fractura o alteración de sus propiedades, impidiendo su uso posterior. El objetivo es determinar propiedades mecánicas y estructurales límites del material, como resistencia a la tracción, tenacidad, dureza o resistencia a fatiga. Al finalizar el ensayo, la pieza queda inutilizada.Ejemplo de Ensayo Destructivo: El ensayo de tracción, donde una probeta se estira hasta su rotura para obtener la curva tensión-deformación, el límite elástico, la resistencia a tracción y el alargamiento.Ensayos No Destructivos (END):Los ensayos no destructivos son métodos de inspección que permiten evaluar la integridad de un material, componente o estructura sin causar ningún daño o alteración permanente en sus propiedades. Esto significa que la pieza puede ser utilizada después del ensayo. Su principal aplicación es la detección de defectos internos o superficiales (fisuras, porosidades, inclusiones), la verificación de dimensiones, o la determinación de la composición química sin afectar la funcionalidad del material.Ejemplo de Ensayo No Destructivo: La inspección por ultrasonidos, que utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para detectar discontinuidades internas en el material, como grietas o inclusiones, sin afectar la pieza.