La dureza de los metales. Tabla de dureza de metales

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2024-01-18 04:05

Para que las piezas y los mecanismos funcionen durante mucho tiempo y de manera confiable, los materiales con los que están hechos deben cumplir con las condiciones de trabajo necesarias. Por eso es importante controlar los valores permisibles de sus principales parámetros mecánicos. Las propiedades mecánicas incluyen dureza, resistencia, resistencia al impacto, ductilidad. La dureza de los metales es una característica estructural primaria.

Concepto

La dureza de los metales y las aleaciones es la propiedad de un material de crear resistencia cuando otro cuerpo penetra en sus capas superficiales, que no se deforma ni colapsa bajo las cargas que lo acompañan (indentador). Definido con el propósito:

• obtener información sobre características de diseño aceptables y posibilidades de funcionamiento;
• análisis del estado bajo la influencia del tiempo;
• seguimiento de los resultados del tratamiento térmico.

La dureza y la resistencia de la superficie al envejecimiento dependen en parte de este indicador. Explorar como originalmaterial y piezas acabadas.

Opciones de búsqueda

El indicador es un valor llamado número de dureza. Existen varios métodos para medir la dureza de los metales. La investigación más precisa es utilizar diferentes tipos de cálculo, indentadores y probadores de dureza apropiados:

1. Brinell: la esencia del aparato es presionar una bola en el metal o aleación en estudio, calcular el diámetro de la huella y luego calcular matemáticamente el parámetro mecánico.
2. Rockwell: Se utiliza un cono de bola o diamante. El valor se muestra en una escala o se calcula.
3. Vickers: La medición más precisa de la dureza del metal utilizando una punta piramidal de diamante.

Existen fórmulas y tablas especiales para determinar correspondencias paramétricas entre indicadores de diferentes métodos de medición para el mismo material.

Factores que determinan la opción de medición

En condiciones de laboratorio, con la gama necesaria de equipos, la elección del método de investigación se realiza en función de ciertas características de la pieza.

1. Valor indicativo del parámetro mecánico. Para aceros estructurales y materiales de baja dureza hasta 450-650 HB se utiliza el método Brinell; para herramientas, aceros aleados y otras aleaciones - Rockwell; para aleaciones duras - Vickers.
2. Dimensiones de la muestra de prueba. Las piezas especialmente pequeñas y delicadas se examinan conusando un probador de dureza Vickers.
3. El espesor del metal en el punto de medición, en particular la capa cementada o nitrurada.

Todos los requisitos y cumplimientos están documentados por GOST.

Características de la técnica Brinell

La prueba de dureza de metales y aleaciones utilizando un probador de dureza Brinell se lleva a cabo con las siguientes características:

1. Indentador: una bola hecha de aleación de acero o aleación de carburo de tungsteno con un diámetro de 1, 2, 2, 5, 5 o 10 mm (GOST 3722-81).
2. Duración de la indentación estática: para hierro fundido y acero - 10-15 s, para aleaciones no ferrosas - 30, también es posible una duración de 60 s, y en algunos casos - 120 y 180 s.
3. Valor límite del parámetro mecánico: 450 HB cuando se mide con una bola de acero; 650 HB cuando se usa carburo.
4. Posibles cargas. Usando los pesos incluidos en el kit, se corrige la fuerza de deformación real en el espécimen de prueba. Sus valores mínimos permisibles: 153, 2, 187, 5, 250 N; máximo - 9807, 14710, 29420 N (GOST 23677-79).

Usando fórmulas, según el diámetro de la bola seleccionada y el material que se está probando, se puede calcular la fuerza de indentación admisible adecuada.

Tipo de aleación	Cálculo de carga matemática
Acero, aleaciones de níquel y titanio	30D2
Hierro fundido	10D2, 30D2
Cobre y aleaciones de cobre	5D2, 10D2, 30D2
Metales ligeros y aleaciones	2, 5D2, 5D2, 10D2, 15D 2
Plomo, estaño	1D2

Ejemplo de notación:

400HB10/1500/20, donde 400HB es la dureza Brinell del metal; 10 – diámetro de la bola, 10 mm; 1500 - carga estática, 1500 kgf; 20 - período de sangría, 20 s.

Para establecer números exactos, es racional examinar la misma muestra en varios lugares y determinar el resultado general encontrando el promedio de los obtenidos.

Prueba de dureza Brinell

El proceso de investigación se desarrolla en la siguiente secuencia:

1. Comprobación de que la pieza cumple los requisitos (GOST 9012-59, GOST 2789).
2. Comprobando el estado del dispositivo.
3. Seleccionar la bola requerida, determinar la fuerza posible, establecer pesos para su formación, período de indentación.
4. Arranque del probador de dureza y deformación de la muestra.
5. Medición del diámetro de un hueco.
6. Cálculo empírico.

НВ=F/A, donde F es la carga, kgf o N; A – área de impresión, mm².

НВ=(0, 102F)/(πDh), donde D – diámetro de la bola, mm; h – profundidad de impresión, mm.

La dureza de los metales medida por este método tiene una relación empírica concálculo de parámetros de resistencia. El método es preciso, especialmente para aleaciones blandas. Es fundamental en los sistemas para determinar los valores de esta propiedad mecánica.

Características de la técnica Rockwell

Este método de medición fue inventado en los años 20 del siglo XX, más automatizado que el anterior. Se utiliza para materiales más duros. Sus principales características (GOST 9013-59; GOST 23677-79):

1. Presencia de una carga primaria de 10 kgf.
2. Período de espera: 10-60 s.
3. Valores límite de posibles indicadores: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. El número se visualiza en el dial del probador de dureza, también se puede calcular aritméticamente.
5. Escalas y sangrías. Hay 11 escalas diferentes, según el tipo de penetrador y la carga estática máxima permitida. Más utilizados: A, B y C.

A: punta de cono de diamante, ángulo de punta de 120˚, fuerza estática total de 60 kgf, HRA; Se investigan productos delgados, principalmente productos laminados.

C: también cono de diamante HRC de 150 kgf, adecuado para materiales duros y endurecidos.

B: Bola de 1.588 mm fabricada en acero templado o carburo de tungsteno duro, carga 100 kgf, HRB, utilizada para evaluar la dureza de productos recocidos.

La punta en forma de bola (1,588 mm) es aplicable para las escalas Rockwell B, F, G. También hay escalas E, H, K, para las cuales una bola con un diámetro de 3,175 mm (GOST 9013-59) se utiliza.

Número de muestras,fabricado con un probador de dureza Rockwell en un área está limitado por el tamaño de la pieza. Se permite una segunda prueba a una distancia de 3-4 diámetros del lugar anterior de deformación. También se regula el espesor del producto bajo prueba. No debe ser inferior a 10 veces la profundidad de penetración de la punta.

Ejemplo de notación:

50HRC - Dureza Rockwell del metal, medida con punta de diamante, su número es 50.

Plan de estudios Rockwell

La medición de la dureza del metal es más sencilla que con el método Brinell.

1. Estimación de las dimensiones y características superficiales de una pieza.
2. Comprobando el estado del dispositivo.
3. Determine el tipo de punta y la capacidad de carga.
4. Estableciendo el patrón.
5. La aplicación de la fuerza primaria sobre el material, el valor de 10 kgf.
6. Haciendo un esfuerzo completo y apropiado.
7. Lectura del número recibido en la escala de la esfera.

El cálculo matemático también es posible para determinar con precisión el parámetro mecánico.

Cuando se utiliza un cono de diamante con una carga de 60 o 150 kgf:

HR=100-((H-h)/0, 002;

cuando se prueba con una bola bajo una fuerza de 100 kgf:

HR=130-((H-h)/0, 002, donde h es la profundidad de penetración del penetrador con una fuerza primaria de 10 kgf; H es la profundidad de penetración del penetrador a plena carga; 0, 002 es un coeficiente que regula la cantidad de movimiento de la punta cuando el número de dureza cambia en 1 unidad.

El método de Rockwell es simple pero no lo suficientemente preciso. Al mismo tiempo, puede medir las propiedades mecánicas de metales duros y aleaciones.

Características de la técnica Vickers

Determinar la dureza de los metales usando este método es el más simple y preciso. El trabajo del probador de dureza se basa en la indentación de una punta piramidal de diamante en la muestra.

Características principales:

1. Indentador: pirámide de diamante de vértice de 136°.
2. Carga máxima admisible: para fundición y acero aleados - 5-100 kgf; para aleaciones de cobre - 2,5-50 kgf; para aluminio y aleaciones a base de él - 1-100 kgf.
3. Período de retención de carga estática: 10 a 15 s.
4. Materiales probados: acero y metales no ferrosos con una dureza de más de 450-500 HB, incluidos los productos después del tratamiento térmico químico.

Ejemplo de notación:

700HV20/15, donde 700HV es el número de dureza Vickers; 20 - carga, 20 kgf; 15 - período de esfuerzo estático, 15 s.

Secuencia de estudio de Vickers

El procedimiento es extremadamente simplificado.

1. Compruebe la muestra y la instrumentación. Se presta especial atención a la superficie de la pieza.
2. Elección del esfuerzo permisible.
3. Instalando el material de prueba.
4. Puesta en funcionamiento del probador de dureza.
5. Lee el resultado en el dial.

El cálculo matemático por este método es el siguiente:

HV=1, 8544(F/d²), donde F es la carga,kgf; d es el valor promedio de las longitudes de las diagonales de impresión, mm.

Le permite medir la dureza de metales, piezas delgadas y pequeñas, al tiempo que proporciona una alta precisión del resultado.

Métodos de transición entre escalas

Habiendo determinado el diámetro de la impresión usando un equipo especial, puede usar las tablas para determinar la dureza. La tabla de dureza de metales es un asistente probado en el cálculo de este parámetro mecánico. Por lo tanto, si se conoce el valor de Brinell, se puede determinar fácilmente el número de Vickers o Rockwell correspondiente.

Ejemplo de algunos valores coincidentes:

Diámetro de impresión, mm	Método de investigación
	Brinell	Rockwell			Vickers
		A	C	B
3, 90	241	62, 8	24, 0	99, 8	242
4, 09	218	60, 8	20, 3	96, 7	218
4, 20	206	59, 6	17, 9	94, 6	206
4, 99	143	49, 8	-	77, 6	143

La tabla de dureza de los metales se compila sobre la base de datos experimentales y tiene una gran precisión. También hay dependencias gráficas de la dureza Brinell en el contenido de carbono en la aleación de hierro y carbono. Entonces, de acuerdo con tales dependencias, para acero con una cantidad de carbono en la composición igual a 0.2%, es 130 HB.

Requisitos de muestra

De acuerdo con los requisitos de GOST, las piezas probadas deben cumplir con las siguientes características:

1. La pieza de trabajo debe ser plana, descansar firmemente sobre la mesa del probador de dureza, sus bordes deben estar lisos o cuidadosamente procesados.
2. La superficie debe tener una rugosidad mínima. Debe lijarse y limpiarse, incluso con la ayuda de compuestos químicos. Al mismo tiempo, durante los procesos de mecanizado, es importante evitar la formación de endurecimiento por trabajo y el aumento de la temperatura de la capa tratada.
3. La pieza debe cumplir con el método seleccionado para determinar la dureza por propiedades paramétricas.

El cumplimiento de los requisitos principales es un requisito previo para obtener mediciones precisas.

La dureza de los metales es una importante propiedad mecánica fundamental que determina algunas de sus otras características mecánicas y tecnológicas, los resultados de los procesos de procesamiento anteriores, la influencia de los factores de tiempo y las posibles condiciones de operación. La elección de la metodología de investigación depende de las características aproximadas de la muestra, suparámetros y composición química.