Determinación de la dureza de los materiales

1. Determinación de la dureza de los materiales “El DURÓMETRO”

2. 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 (penetrabilidad). • En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.

3. Escalas de uso industrial • El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. • Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

4. Las escalas de uso industrial son: • Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. • 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. • 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. • Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000. • Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. • Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. • Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

5. Escala usadas en mineralogía En mineralogía se utiliza la escala de Mohs, creada por el austríaco Friedrich Mohs, que mide la resistencia al rayado de los materiales. • Talco, (se puede rayar fácilmente con la uña) • Yeso, (se puede rayar con la uña con más dificultad) • Calcita, (se puede rayar con una moneda de cobre) • Fluorita, (se puede rayar con un cuchillo) • Apatita, (se puede rayar difícilmente con un cuchillo) • Feldespato, (se puede rayar con una cuchilla de acero) • Cuarzo, (raya el vidrio) • Topacio, (sólo se raya mediante diamante) • Corindón, (sólo se raya mediante diamante) • Diamante, (el mineral natural más duro)

6. Dureza BRINELL ( HBS y HBW) • Este método consiste en comprimir una bola de acero templado, de un diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo también conocido. • El valor de la carga P viene dado por : P = K D2 , donde K= cte. de ensayo. El tiempo de ensayo es t =10 - 15 seg. según normas UNE. Los valores de K para algunos materiales son: • Aceros y elementos siderúrgicos: K=30 • Cobres, Bronces, Latones: K=10 • Aluminio y aleaciones: K=5 ; • Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5 ; • No se utilizan los ensayos Brinell para durezas superiores a 500 (aceros templados), porque se deforman las bolas.

7. Dureza Vickers • El ensayo de dureza Vickers, llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136º. • Se emplea para láminas delgadas hasta 0,15 mm (0.006 pulgadas) y no se lee directamente en la máquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente fórmula: • HV = (1.8544 * F) / d 2 Punta de Durómetro para ensayo Vickers

8. Dureza Vickers • Este ensayo constituye una mejora al ensayo de dureza Brinell. Se presiona el indentador contra una probeta, bajo cargas más ligeras que las utilizadas en el ensayo Brinell. Se miden las diagonales de la impresión cuadrada y se halla el promedio para aplicar la fórmula antes mencionada. • Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior, se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este ensayo, además, puede usarse en superficies no planas. Sirve para medir todo tipo de dureza, y espesores pequeños. (Aunque si el material es muy blando, se usa el método de Brinell) • En este caso, el esquema de medición es el siguiente: • Resultado de la medición, Tipo de dureza y Fuerza aplicada • Ejemplo: • 315 HV 30 • Donde las unidades son: • Kp/mm2 Kp

9. Fin de la presentación. • Muchas gracias por su atención.