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DUREZA
Se entiende por dureza por la propiedad superficial del material de resistir la deformación
elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos inferidos por otro cuerpo, más
duro, el cual no sufre ningunas deformaciones residuales. La dureza constituye una de las
propiedades más importantes a causa de que, correctamente interpretada, da mucha
información acerca de la condición o estado del material.
Los diferentes métodos utilizados para obtener los valores de dureza se pueden clasificar
en dos grupos según la forma de aplicación de la carga:
Ensayos estáticos: en los que la carga se aplica en forma estática o cuasi-estática.
En este caso un indentador que presiona contra la superficie del ensayo con una
carga que se aplica en forma relativamente lenta, la medida de dureza en este
método resulta del cociente de la carga aplicada y el área de la huella que deja el
indentador en la superficie, como sucede en el método Brinell y vickers, como bien
es una medida de la profundidad de la indentacion como el método Rockwell.
Ensayos dinámicos: son los que la carga se aplica en forma de impacto, el
indentador es lanzado sobre la superficie del ensayo con una energía conocida y
el valor de dureza se obtiene a partir de la energía de rebote del penetrador luego
de haber impactado en la muestra, como es el caso del método de Shore y en el
de Leeb.
Podemos decir que se mide la dureza cuando se ha establecido una correlación entre la
dureza y alguna otra propiedad del material (La resistencia a la abrasión, a la tracción o al
desgaste, etc). Importante es saber que dichas correlaciones son aplicables en forma muy
cuidadosa sobre un rango acotado de materiales sobre los cuales se conoce,
empíricamente, las condiciones en que se cumple la relación entre la propiedad buscada
y el valor de la dureza.
INDENTADOR
El indentador o también llamado el penetrador puede ser una bola de acero templado, o
un cono diamante, o un indentador de diamante en forma de pirámide de base cuadrada,
la cual se fuerza contra la superficie del material a ensayar bajo condiciones específicas y
se mide el diámetro de la impresión resultante luego de remover la carga, para calcular la
dureza.
El probador Brinell es un método de ensayo por indentación por el cual, con el uso de una
máquina calibrada, se fuerza una bola endurecida contra la superficie del material a
analizar y se mide el diámetro de la indentacion resultante (Ver figura 1).
Figura 1.
Como definición a la norma estándar ASTM E 10-78, el número de dureza Brinell (como
esfuerzo de contacto), es la relación de la carga P que efectúa el penetrador esférico de
diámetro D, al área de la superficie de la huella:
HBSO HBW= FA
= FπD2
¿¿ ;
HBS para los casos en que se utilice bola de acero
HBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno
Para el método de dureza Vickers se hace penetrar un indentador de diamante en forma
de pirámide de cuatro caras con un ángulo determinado en el vértice, bajo una carga
predeterminada, contra la superficie del material a ensayar y se mide la diagonal
resultante de la impresión ( ver figura 2).
Figura 2.
Con base a la norma estándar ASTM E-92 el número de dureza Vickers es:
Donde “d” es la media aritmética de las diagonales d1 y d2.
Los métodos Brinell y Vickers poseen una insuficiencia principal, que la medición de las
características geométricas de la impronta toma mucho tiempo, además dicha medición a
veces no es exacta. Por esto surgió la necesidad de desarrollar otros métodos de
determinación de la dureza llevando al desarrollo de métodos como el Rockwell, en el
cual la medición de la dureza es mucho más ágil y objetiva.
El estándar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un método de ensayo por
indentación por el cual, con el uso de una máquina calibrada, se fuerza un penetrador
cónicoesferoidal de diamante contra la superficie del material a ser ensayado, en dos
operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresión bajo condiciones
específicas de carga. Y se define el número de dureza Rockwell como un número
derivado del incremento neto en la profundidad del indentador cuando la fuerza en el
indentador es incrementada desde una fuerza previa (preliminar específica) hasta una
fuerza total (específica) y luego retornada al valor de fuerza previa (ver figura 3).
Figura 3
Para determinar la dureza Rockwell se utilizan dos tipos de indentadores: el cónico-
esferoidal de diamante y el de bola (acero o carbono de tungsteno) de varios diámetros
Entre el número de Rockwell y la profundidad de la impronta h existe la siguiente
dependencia:
DUROMETRO
Los durómetros también llamados instrumentos o medidores de dureza son dispositivos
utilizados para medir o determinar la dureza de los materiales.
Para la medición de la dureza el funcionamiento del durómetro es:
Una vez seleccionado el material al cual se quiere conocer la dureza, se normaliza la
fuerza que se le ha de aplicar a través de un identador o penetrador, que deber estar
normalizado (ajustado a una norma).Dependiendo de la profundidad o tamaño de la huella
resultante de haber aplicado la fuerza, obtendremos la dureza del material.
Figura 4. Partes de un durómetro
La dureza de los materiales tiene distintas clasificaciones y para cada una de estas un
durómetro, lo más utilizados son:
Durómetro Rockwell: Obtiene la medición de la dureza del material de manera
directa obteniendo una huella pequeña del material, por lo que su procedimiento
es considerado como ensayo no destructivo.
Durómetro Vickers: Utilizado para materiales blandos, aunque sus mediciones
coinciden con las de la escala Brinell.
Durómetro Brinell: Los durómetros Brinell miden la resistencia a la tracción del
material analizado.
ESCALA DE DUREZA
En el transcurso de la historia, durante el estudio y clasificación de los minerales, hubo un
momento en que se hacía pertinente establecer un método que permitiera discernir los
diferentes grados de dureza de las rocas y minerales. Los primeros ensayos de dureza se
basaron en el comportamiento de los minerales según su capacidad de rayar a otro más
blando. Para ello se definió una escala llamada Mohs, que se debió a su creador Friedrich
Mohs, empezó a clasificar los minerales por sus características físicas, en vez de por su
composición química.
La escala de Mohs es una relación de diez minerales ordenados por su dureza, que van
del 1 al 10 de menor a mayor. El diamante se encuentra en lo más alto de la escala, con
una dureza de 10, el talco es el más blando, con una dureza de 1. Se puede utilizar los
minerales de los que conoces su dureza para determinar la dureza de cualquier otro
minera.
Para aplicar la escala de dureza (ver tabla 1), intenta rallar la superficie de una muestra
del mineral desconocido con una muestra de un mineral de dureza conocida que se
encuentra en la escala. Si la muestra desconocida no se puede rallar con un trozo de
calcita (3) pero sí que se puede rallar con un trozo de fluorita (4), entonces su dureza esta
entre 3 y 4. Se podría utilizar este test para distinguir entre calcita y barita o barita y
fluorita.
Tabla 1.
Por no guardar la misma proporción en los intervalos, se han establecido otras escalas de
dureza, basadas en otros métodos, aunque la escala de Mohs aún se aplica en geología
debido a su sencillez y facilidad para estimar la dureza de los minerales con medios
simples.
CAMPOS DE APLICACIÓN DEL ENSAYO
DE DUREZA
Los campos de aplicación del ensayo de dureza son muchos, pero lo más destacado son:
En la industria farmacéutica: En la medición de la dureza de pastillas y cápsulas
para verificar que puedan resistir el proceso de producción, empaque, distribución
y venta, también para asegurarse de que la dureza del medicamento permita su
desintegración dentro del cuerpo o que sea fácil de masticar.
En la construcción: Para determinar la dureza del metal y resistencia de los
materiales con los que se ha de construir o del metal que se está forjando para
garantizar que cumplen con determinados estándares de seguridad y de calidad.
En productos de fundación y forjado: El valor de dureza es una magnitud
importante a la hora de controlar procesos de producción de piezas de fundición y
forjado. Para el control de componentes, a menudo, se utiliza el método Brinell con
altas fuerzas de ensayo para obtener mediante huellas grandes un valor medio
estable de los componentes estructurales.
METODOS DE DUREZA
PORTATIL
Medidor de dureza portátil sirven para la determinación rápida de la dureza de una
superficie, los probadores convencionales de dureza, Rockwell, Brinell o Vickers requieren
siempre que la pieza se traiga al equipo de prueba, debido a que esto no siempre es
posible por razones prácticas y sobre todo por razones de geometría, los probadores de
dureza portátiles han sido desarrollados para permitir la prueba de los componentes en
sitio. Las pruebas de dureza con instrumentos portátiles para campo han avanzado
enormemente en estos tiempos en los que la presión de los costos y los requisitos de
calidad son más estrictos; éstas representan no solamente una ventaja de rapidez sino
también económica con respecto de las pruebas de dureza tradicionales realizadas en
equipos estacionarias en los procesos de producción modernos.
Dependiendo del método de prueba, otros valores numéricos son entonces determinados,
los cuales son debidos y caracterizados por:
1.- La forma y el material del penetrador.
2.- El tipo y el tamaño de la carga, es decir carga de prueba.
Los diferentes métodos de prueba pueden dividirse en dos grupos:
- Método de prueba estático.
- Método de prueba dinámico.
a) Método de prueba estático
En este método la carga se aplica total o parcialmente estática. Después de quitar la
carga de prueba, el valor de dureza se define como el cociente de la carga de prueba y la
superficie o el área proyectada de la huella permanente en escalas de dureza (Brinell,
Vickers o Knoop). En pruebas de dureza en escala Rockwell, la dureza se determina por
medio de la profundidad de penetración permanente de un cuerpo debido a la carga de
prueba.
b) Método de prueba dinámico
En comparación con el método estático, en este caso la carga se aplica en el modo de
impacto, y la dureza se determina en base a su huella “pérdida de energía”.
Unos de estos diferentes métodos de prueba de dureza:
-Método UCI – ASTM A 1038:
Como en las pruebas de dureza Vickers o Brinell, la pregunta es en cuanto al tamaño de
la huella de prueba dejada en el material por un diamante Vickers después de aplicar una
carga de prueba fija, esto también ocurre en la prueba de dureza Vickers según el método
de Impedancia Ultrasónica de Contacto (UCI).
Sin embargo, las diagonales de la prueba no se determinan ópticamente para el valor de
dureza como de costumbre, pero el área de la huella es detectada electrónicamente
midiendo el cambio de una frecuencia ultrasónica.
Los equipos del método UCI – ASTM A 1038 y sus aplicaciones son:
Equipo MIC 10:
Aplicación típica:
• Material de grano fino
• Materiales endurecidos
• Capas delgadas
• Mejoramiento de dureza: sobre curvas en soldadura,
etc
Equipo MIC 20:
Aplicación típica:
• Todas las aplicaciones UCI
• Todas las aplicaciones de rebote.
-Método de Rebote – ASTM A956:
Aun cuando los sensores de dureza operan de acuerdo al método Leeb o de rebote, el
tamaño de la huella de prueba generada depende de la dureza del material. Sin embargo
en este método la pérdida de energía de un supuesto impacto de cuerpo es medido
indirectamente.
Una masa, en este caso el cuerpo de impacto con una bola de carburo de tungsteno
unida a su extremidad, es rebotada contra la superficie de prueba a una velocidad
definida por la fuerza del resorte. El impacto crea una deformación plástica de la
superficie debido a que el cuerpo de impacto pierde parte de su velocidad original, es
decir cuanto más suave es el material, mayor es la pérdida de energía.
Los equipos del método de Rebote – ASTM A956 y sus aplicaciones son:
Equipo Dynamic:
Aplicación típica:
• Partes mecánicas o unidades de motor hechas de
aleaciones de acero y aluminio.
• Componentes sólidos con superficie comorolada.
• Largas series de productos durante la producción.
Equipo MIC 20:
Aplicación típica:
• Todas las aplicaciones UCI
• Todas las aplicaciones de rebote.
- Método TIV:
El TIV (método óptico a través del indentador) es un dispositivo de prueba portátil de
acuerdo al método Vickers. Este incluye un sistema óptico (cámara CCD) el cual permite
ver “por el diamante” (a través del indentador), este método permite observar
directamente el proceso de penetración del diamante Vickers en el material de prueba.
El medidor de dureza TIV puede ser usado dependiendo del material, sin ninguna
calibración adicional.
Los equipos del método TIV y sus aplicaciones son:
Equipo TIV:
Aplicación típica:
• Pruebas de dureza sobre materiales distintos sin calibración.
• Pruebas de dureza sobre componentes delgados (placas de
metal, bobinas)
• Superficies endurecidas.
Bibliografica
Gabriel Calle y Edison Henao, dureza rockwell
Gabriel Calle y Edison Henao UTP, dureza brinell
Gabriel Calle y Edison Henao, dureza RICKERS
www.mineraltown.com/InfoColeccionar/DUREZA_ESCALA_DE_MOHS.htm
www.quiminet.com/articulos/el-durometro-definicion-caracteristicas-y-funcionamiento-
2558457.htm
www.llogsa.com/dureza