Es la resistencia de un material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales duros cuando éstos deben resistir el roce con otros elementos. Es el caso de las herramientas de construcción (palas, carretillas, pisos, tolvas). El ensayo es realizado con indentadores en forma de esferas, pirámides o conos.
Estos elementos se cargan contra el material y se procede a medir el tamaño de la huella que dejan. Es un ensayo fácil y no destructivo; puede realizarse en cualquier sitio, ya que existen durímetros fácilmente transportables. Una de las ventajas del ensayo de dureza es que los valores entregados pueden usarse para hacer una estimación de la resistencia a la tracción.
A continuación se mencionan las metodologías existentes para evaluar la dureza:
Tipos de dureza
- Dureza al rayado: Resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro.
- Dureza Mohs (mineralógica).
- Dureza Martens.
- Dureza Lima.
- Dureza a la penetración: Resistencia que opone un material a dejarse penetrar por otro más duro.
- Herziana.
- Monotrón.
- HBS
- HR.
- HV.
Dureza MOHS: Se usa para determinar la dureza de los minerales. Se basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro. Esta es la escala de Mohs:
1 – Talco 6 – Feldespato (Ortosa)
2 – Yeso 7 – Cuarzo
3 – Calcita 8 – Topacio
4 – Fluorita 9 – Corindón
5 – Apatita 10 – Diamante
La fundición gris esta entre 8 y 9; el hierro dulce en el 5; y los aceros entre 6,7 y 8.
Dureza MARTENS: Se basa en la medida de la anchura de la raya que produce en el material una punta de diamante de forma piramidal y de ángulo en el vértice de 90°, con una carga constante y determinada. Se aplica sobre superficies nitruradas. Se mide "a" en micras y la dureza Martens viene dada por:
Figura 1
Dureza a la lima: Se usa en industria. En todo material templado la lima no "entra". Dependiendo de si la lima entra o no entra sabremos:
No entra, el material raya a la lima; Dureza mayor de 60 HRC
Entra, la lima raya al material; Dureza menor de 60 HRC
- Dureza al Rayado
- Dureza a la penetración
Dureza HERZIANA: Viene determinada por la menor carga que hay que aplicar a un material (con Bolas de 1,5 a 4 mm. De acero extraduro) para que deje la huella.
Dureza MONOTRON: Es una variante de la dureza Herziana. Viene expresada por la carga que hay que aplicar para producir una penetración de 0,0018 pulgadas. El penetrador es una semiesfera de diamante de ø0,75 mm. Tiene dos dispositivos, uno que da la carga aplicada y un sensor que para el ensayo cuando la penetración es de 0,0018".
Dureza BRINELL (HBS): 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.
Figura 2
D = diámetro de la bola
d = diámetro de la huella
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.
Nomenclatura: XXX HBS (D/P/t) Ej. 156 HBS 10/3000/15
Dureza ROCKWELL (HRx): El método Rockwell se basa en la resistencia que oponen los materiales a se penetrados, se determina la dureza en función de la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros templados.
Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de penetradores:
- Bolas de 1/8" y 1/16"
- Conos de 120° ángulo en el vértice.
Las cargas vienen dadas por el tipo de dureza Rockwell a realizar (en Kg.). Los tipos de dureza Rockwell y sus respectivas cargas y penetradores son las siguientes:
Tabla 1
Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica la carga previa (10 ó 3 Kp); y posteriormente se mete el resto de la carga. A partir de introducir la carga adicional se mide la dureza.
Nomenclatura: XXX HRx t XXX HRS P/t
Ventajas del método Rockwell:
– Método rápido y preciso, no necesita de operarios especializados.
– Huellas más pequeñas que el método Brinell.
– Inconveniente tiene que si el material no asienta perfectamente, las medidas resultan falseadas.
– Prueba de dureza para aceros templados.
Dureza VICKERS (HV): El método Vickers se deriva directamente del método Brinell. Se emplea en muchos laboratorios y en particular para piezas delgadas y templadas, con espesores mínimos hasta de 0,2 mm.
Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de 136°. Este ángulo se eligió para que la bola Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella. La dureza Vickers viene dada por: HV = P/S [Kg/mm] donde S es la superficie de la impronta y P la carga aplicada.
Ponemos la fórmula en función de la diagonal "d":
Ventajas del método Vickers:
1. Las huellas Vickers son comparables entre sí; independientes de las cargas.
2. Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros, llegándose hasta 1.150 HV.
3. Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas pequeñas, hasta espesores de orden de 0,05mm.
4. Puede medirse dureza superficial. (Para determinar recubrimientos de los materiales)
5. La escala Vickers es más detallada que la Rockwell; 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell
La expresión para la dureza Vickers:
Dureza KNOOP (HK): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y micro durezas (P=10 gr-500 gr.).
El penetrador esta hecho con una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7. Sus ángulos entre aristas son a = 130° y b = 172°30’; de donde obtenemos:
El método Knoop se emplea sólo en laboratorio, para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de depósitos electrolíticos.
En base a la información antes mencionada estableceremos las diferencias en las metodologías o prueba para evaluar la dureza
Tabla 2
Aleación | Dureza Brinell | T.S |
Acero al carbono | 235 | 750 |
acero de baja aleación | 220 | 800 |
c. acero inoxidable | 250 | 800 |
Superaleación ferrosa | 250 | 800 |
Hierro dúctil | 167 | 461 |
Aluminio | 40 | 150 |
Magencio5 | 73 | 290 |
Bronce aluminio | 165 | 652 |
Tabla 3 brinell/T.S
Propiedades | Nylotec® | Policarbonato Lexan® | Poliestireno | Polietileno Alta Densidad | Polipropileno | Poliuretano | |||||||||
1-Resistencia a la tracción | 1100 – 14000 | 8000 – 9500 | 1500 – 7000 | 3100 – 5500 | 4300 – 5500 | 175 – 10000 | |||||||||
2-Dureza Rockwell | R95 – R120 | M70 – 78 R115 – 125 | M10 – 80 R30 – 100 | D 60 – 70 shore | R8 – 1100 | 10A – 90D shore | |||||||||
Propiedades | Polytec 1000® (Acetal) | P.V.C. Flexible | P.V.C. Rígido | Teflón® | |||||||||||
1-Resistencia a la tracción | 8800 | 1500 – 3500 | 6000 – 7500 | 2000 – 5000 | |||||||||||
2-Dureza Rockwell | M70 – 80 | 50 – 100 shore A | D65 – 85 shore | D50 – 55 shore | |||||||||||
Propiedades | Norma ASTM | Unidad | Acrílico | UHMW 1900 | NYLON 6® | NYLON 6.6® | |||||||||
1-Resistencia a la tracción | D 638 | P.S.I | 8000 – 11000 | 2500 – 3500 | 11800 – 10000y | 12000 – 11000y | |||||||||
2-Dureza Rockwell | D 785 | – | M80 – M100 | D60 – 70 Shore | R119 | R120 – M83 | |||||||||
TABLA 4 ROCKWELL/t.s
Como bien sabemos la dureza es la resistencia que presentan los materiales para ser penetrados, considerando que esta es una propiedad de los materiales, la cuál le permite al material ser seleccionado para su uso en la industria principalmente. La dureza Brinell es un método el cual nos permite determinar la dureza de un material. Utilizando en esta práctica un material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg, utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos. La dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad de penetración fue de 0.1450mm, relativamente muy pequeña; por tanto el material es considerando como uno muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la profundidad de la penetración.
- Ciencia e ingeniería de materiales ASKELAND
- Propiedades mecánicas de los materiales SENA, NOE PEÑA
Autor:
Tony González Vargas
Estudiante de 4to semestre de ingeniería mecánica
Graduado del sena en mecánica de aviación
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