El ensayo de dureza

Ensayos de Dureza

El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría.

El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes microestructurales del material.

Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma.

Objetivos

Obtener características mecánicas importantes en forma rápida y no destructiva que se permita realizar en piezas ya elaboradas.

Determinar experimentalmente la dureza Brinell y estudiar su campo de aplicación.

Determinar experimentalmente la dureza Rockwell y estudiar su campo de aplicación.

Marco Teórico

Dureza: La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta.

Mediante el estudio de la dureza de un material se evalúa, en parte, la estructura atómica del mismo pues es la expresión de su enlace más débil.

La dureza es una forma de evaluación de la reacción de una estructura cristalina a una tensión sin rotura. En los cristales con enlaces metálicos, que pueden fluir plásticamente, el rayado da lugar a una ranura o surco. Por el contrario, en materiales frágiles el rayado es la manifestación de una microfractura.

Escalas de Dureza

Escala de Mohs

El grado de dureza se mide en mineralogía por comparación, determinándose la facilidad o dificultad en que un mineral es rayado por otro. Un mineral blando siempre es rayado por cualquier mineral más duro y nunca al revés.

Numéricamente esta dureza relativa, designada por H, se establece gracias a la escala de diez minerales corrientes definida por F. Mohsen 1824.

Dureza Mineral

1 Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña)

2 Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad)

3 Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre)

4 Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo)

5 Apatita, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo)

6 Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero)

7 Cuarzo, (raya el vidrio)

8 Topacio,

9 Corindón, (sólo se raya mediante diamante)

10 Diamante, (el mineral natural más duro)

Dureza Brinell:

Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método de dureza más antiguo.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios. El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material.

El peso de la bola se puede obtener con la siguiente expresión:

donde: : carga a utilizar

: constante para cada material, que puede valer 5 (aluminio, magnesio y sus aleaciones), 10 (cobre y sus aleaciones), y 30 (aceros).

: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido. Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.

Fórmula aplicada

Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:

donde:

: carga a utilizar medida

: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].

: diámetro de la huella en superficie en [mm].

Valores típicos

El valor HB suele ser menor que 600.

Acero (blando): 120 HB

Acero de herramientas: 500 HB

Acero inoxidable: 250 HB

Aluminio: 15 HB

Cobre: 35 HB

Madera: entre 1 HB y 7 HB

Vidrio: 550 HB

Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.

La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros.

El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se

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