Medicicion de dureza e impacto.

UNIVERSIDAD DE CARABOBO.

FACULTAD DE INGENIERIA.

ESCUELA DE INGENIERIA MECÁNICA.

DEPARTAMENTO DE MATERIALES Y PROCESOS DE FABRICACION.

LABORATORIO DE MATERIALES.

28/05/2016

1. INTRODUCCIÓN

La dureza de materiales, está definida como la resistencia a la deformación local, es decir  es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes, entre otras. 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. [1]

La dureza es una propiedad compleja relacionada con las propiedades mecánicas del material, tales como el modulo elástico, resistencia tensil y comportamiento viscoelastico, entre otras. Esta relación con las propiedades mecánica del material no es directa, pero existe una tendencia: materiales con módulos altos, poseen los mayores niveles de dureza. [2]

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. [2]

Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría. [3]

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. [3]

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:

• Dureza Brinell: En el ensayo de dureza Brinell una bola penetradora de cierto diámetro D, es presionada a la superficie de la pieza de prueba, usando una presión pre-estipulada F, y el diámetro de la penetración en el material (d) es medida después que la fuerza ha sido removida. El tiempo de la aplicación inicial de la fuerza varia de 2 a 8 segundos, y el ensayo de fuerza es mantenido por 10 a 15 segundos. El número de la dureza Brinell se obtiene de dividir la fuerza del Test por el área del casquete esférico grabado por el penetrador y el diámetro de la huella impresa en la pieza de prueba. [3]
• 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 estándar. [3]
• Dureza Rockwell: La medición de dureza por el método Rockwell ganó amplia aceptación en razón de la facilidad de realización y el pequeño tamaño de la impresión producida durante el ensayo. El método se basa en la medición de la profundidad de penetración de una determinada herramienta bajo la acción de una carga prefijada.  El número de dureza Rockwell (HR) se mide en unidades convencionales y es igual al tamaño de la penetración sobre cargas determinadas. El método puede utilizar diferentes penetradores siendo éstos esferas de acero templado de diferentes diámetros o conos de diamante. Una determinada combinación constituye una "escala de medición", caracterizada como A,B,C, etc. y siendo la dureza un número arbitrario será necesario indicar en qué escala fue obtenida (HRA, HRB, HRC, etc.). (El proceso de medición con penetrador de diamante es utilizado para materiales duros, como por ejemplo los templados)  La carga total P es aplicada sobre el penetrador en dos etapas: una previa P0 y una posterior P1 tal que: P = P0 + P1. Inicialmente el cono penetra en la superficie una cantidad h0 sobre la acción de la carga P0 que se mantendrá hasta el fin del ensayo. Esta penetración inicial permite eliminar la influencia de las condiciones superficiales. A continuación se aplica la carga P1 y la penetración se acentúa. Finalmente la carga PF es retirada y la profundidad h restante (solamente actúa P0) determina el número de dureza HR.  Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. [3]
• Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. [3]
• Dureza Vickers: Este método es muy difundido ya que permite medir dureza en prácticamente todos los materiales metálicos independientemente del estado en que se encuentren y de su espesor. El procedimiento emplea un penetrador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada. Tal penetrador es aplicado perpendicularmente a la superficie cuya dureza se desea medir, bajo la acción de una carga P. Esta carga es mantenida durante un cierto tiempo, después del cual es retirada y medida las diagonales del rombo de la impresión que quedó sobre la superficie de la muestra. Con este valor y utilizando tablas apropiadas se puede obtener la dureza Vickers, que es caracterizada por HV y definida como la relación entre la carga aplicada (expresada en Kg·f) y el área de la superficie lateral de la impresión. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. [3]

[pic 1]

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 micro estructurales del material. [4]

Los ensayos de impacto son realizados para valorar la capacidad de resistencia de los materiales metálicos a las cargas de impacto (tenacidad de impacto) y determinar su tendencia a la destrucción frágil. Entre los ensayos de esta índoles los más conocidos y estandarizados son los de impacto a flexión con muestras ranuradas, donde el golpe es realizado por un péndulo o martillo, que posee en uno de sus extremos una masa calibrada. La energía requerida para producir la ruptura se determina por el recorrido del péndulo después de impactar la pieza. [5]

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