La dureza de rayado

1.-Dureza

La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse. Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.

2.-Dureza por rayado

La dureza de rayado fue estudiada por el mineralogista vienés Friedrich Mohs (1773-1839) para la determinación de los minerales. La dureza de rayado la definió como la resistencia que opone un mineral a ser rayado por un objeto afilado.

Mohs diseñó una escala comparativa a partir de 10 minerales de diferente dureza (la escala de Mohs), que hasta la fecha se utiliza en todo el mundo. Y todos los minerales y piedras que conocemos se ordenan según esta escala de dureza.

Las piedras preciosas con una dureza de rayado entre 1 y 2 se consideran blandas, las comprendidas entre 3 y 5 grados semiduras, y las de más de 6 grados, duras.

2.-Dureza por absorción de energía (Dureza Shore)

Con este procedimiento se mide con qué profundidad un cuerpo penetra dentro de un material. El cuerpo de penetración se carga con característica predefinida mediante un muelle. Cuanto más grande la dureza del material a ensayar, menor la profundidad de penetración y mayor la carga aplicada.

Variando las formas de los cuerpos de penetración y las características de los muelles se establecen una serie de escalas Shore diferentes. Las escalas más conocidas son Shore A y Shore D. Para aplicaciones específicas existen otras escalas, tales como Shore B, C, 0, 00, 000, y D0.

El campo de aplicación comprende desde los elastómeros blandos (Shore A) hasta los termoplásticos (Shore D).

3.- Dureza por identacion

3.1 Dureza Brinell

El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra Fig. 1. El valor de dureza, número de Brinell HB, resulta de dividir la carga aplicada P por la superficie del casquete, por lo que

H_B=P/πDh [kg/〖mm〗^2 ] (1)

La profundidad h del casquete impreso se mide directamente en la maquina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material.

Otra manera de determinar el número HB es partiendo del diámetro d de la impresión lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente diseñados para tal fin. En este caso el valor del diámetro de la impresión resultará del promedio de dos lectura realizadas a 90º entre si. Considerando que

h=D/2-α=D/2-√((D/2)^2-(d/2)^2 ) (2)

Reemplazando la Eq. 2 en la Eq. 1 se obtiene una expresión para el número de Brinell en función del diámetro de la huella

HB=2P/πD(√(D^2-d^2 ))

En la práctica el número de Brinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el valor del diámetro de la impronta.

En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 2.a y en tros una depresión Fig 2.b. En estos casos los valores obtenidos a partir de la medición de h no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad h medida no corresponde al casquete cuyo diámetro es d, sino al de diámetro d1, cuya determinación exacta en forma práctica es dificultosa.

Por todo esto se ha generalizado la determinación de HB a partir de d, ya que ofrece mayor seguridad de una determinación correcta. Ya sea en la, determinación de h o en la de d, se requiere una precisión mínima de 0,01mm.

Penetradores

Como penetrador normal del método Brinell puede considerarse la bolilla de 10 mm de acero muy duro HB = 630 pudiendo emplearse, en probetas de menor espesor, penetradores de 5 y 2,5 mm, aceptándose en cualquier caso una tolerancia de ±0,005D.

También se emplean penetradores de 1,25 y 0,625 mm de carburo de tungsteno que permiten ensayar materiales más duros, aunque los ensayos no son comparables con los realizados con los otros tipos de bolillas.

Existen diversos criterios para determinar la bolilla a utilizar en un ensayo. Las normas IRAM especifican que en ningún caso se ensayarán probetas cuyo espesor e sea menor que el diámetro del penetrador D, mientras que las ASTM indican que e no debe ser menor de 10 veces la profundidad de penetración.

La norma ASTM especifica la dureza mínima requerida para satisfacer la condición e<10h para un espesor de probeta determinado y distintas condiciones de carga, como se muestra en la tabla 3.

En la tabla 4 se expresa un criterio algo más práctico [1], que permite seleccionar el diámetro de la bolilla en función del espesor de la probeta.

Cargas empleadas

De acuerdo a las normas ASTM las cargas estándar son las de 3000, 1500 y 500 kg, por lo que considerando que el penetrador normal es el de 10 mm, la relación 0,25D < d < 0,5D se cumple para metales cuya dureza Brinell se encuentra comprendida entre los valores indicados en la tabla 5

Por otra parte, de acuerdo con los distintos diámetros de los penetradores y constantes de ensayo, tomadas en base a la naturaleza del material, se han confeccionado tablas como la tabla 6 que permite conocer directamente la carga a emplear para cada material y espesor de probeta.

Tiempo de aplicación de la carga

En ensayos normales la carga máxima se alcanza en un lapso de 15 s y se mantiene, al menos, durante otros 15 s para aceros y 30 s para metales más dúctiles [1][3].

Sin embargo a menudo la carga máxima se retiene durante un intervalo de 30 s para los metales ferrosos y un intervalo de 60 s para los otros metales.

Los aparatos de ciclo automático permiten realizar ensayos a alta velocidad, por lo que el tiempo de transición de la carga y el tiempo en que se retiene la misma pueden ser mucho menores a los mencionados.

Sin embargo, estos tiempos tienen influencia en el valor de dureza obtenido. Si la velocidad de aplicación de la carga es muy alta, es decir el tiempo de crecimiento de la carga es muy corto, se puede producir una sobrecarga (la carga sobrepasa el valor de ensayo antes de estabilizarse) que producirá una huella de mayor diámetro.

Por otro lado si el tiempo que se retiene la carga es insuficiente para que el material complete el flujo plástico,

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