Métodos para la determinación de la dureza de los materiales

“INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL”

CENTRO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS “NARCISO BASSOLS”

“TECNICO EN PLASTICOS”

PRÁCTICA Nº: DUREZA DE LOS MATERIALES SÒLIDOS

OBJETIVO: Hacerle saber al alumno los diferentes métodos para determinar la dureza y las características de cada método.

INTRODUCCION: La dureza del material se define como la resistencia que ofrece al ser rayado por otro. Así entre dos cuerpos se dice que más duro aquel que raya a otro, otra forma de determinar la dureza es por la resistencia que ofrece un cuerpo al ser penetrado por otro, siendo éste el sistema más utilizado para los metales.

Los estudios realizados en el tema datan desde el siglo XIX, cuando el alemán, Friederick Mosh, desarrollo una escala de dureza basada en la capacidad que tiene un material de rayar a otro. Su escala enumeraba diez minerales en orden ascendente, desde el más suave hasta el más duro.

Talco

Yeso

Calcita

Flourita

Apatita

Ortoclasa

Cuarzo

Corindón

Diamante

Otra prueba de dureza fue establecida en 1900 por el sueco J. A. Brinell que consistía en presionar una bola endurecida en un material con una carga definida.

En 1920, otro trabajo de dureza fue realizado por Bierbaum, en esta prueba, introdujo la probeta, la cual es movida bajo una punta de diamante, aplicando tres gramos de presión.

El ingles Stanley P. Rockwell diseña un penetrador diamante, en esta prueba, se mide la profundidad de la impresión. El numero de la dureza Rockwell está basada sobre la profundidad adicional a loa cual un penetrador es forzado por una carga normalizada más allá de la profundidad de una carga más ligera aplicada previamente.

En 1924, Smith y Sandlan introdujeron la prueba de dureza Vickers , la cual mide la dureza de acuerdo con la carga aplicada y el área o superficie de la impresión resultante. El penetrador de diamante fue formado como una pirámide de base cuadrada para producir geométricamente impresiones similares sin importar su tamaño.

El uso del método Knoop para cargas muy ligeras fue indispensable para materiales delgados, el penetrador Knoop hace una impresión delgada y alargada, donde la longitud diagonal es cerca de 7 veces la longitud corta. E método es particularmente adecuado para recubrimientos ó para piezas delgadas con el fin de no dañar el material

Actualmente para determinar la dureza se emplean diferentes métodos:

Brinell

Rockwell

Vickers

Knoop

Shore

CONSIDERACIONES TEORICAS

MÉTODO BRINELL

E usado para determinar la dureza del hierro y es acero vaciado o forjado, consiste en aplicar y comprimir progresivamente el penetrador de 10mm de diámetro, manteniendo aplicada una carga que varia de 500 a 300 Kg, durante un tiempo de 10 a 15 s en el caso del hierro y el acero, y por 30 s en el caso de otros materiales. La bola penetra en el material dejando una huella de forma de casquete esférico. La huella será mayor cuanto menor sea la dureza del material; el diámetro de la impresión esférica y su profundidad es proporcional al cuadrado del diámetro.

La dureza Brinell = P/S…………. (1)

Siendo la superficie del casquete esférico S= π Df…. (2)

Aplicando el teorema de Pitágoras. Se tiene:

D^2 = 〖(D-2F)〗^2-D

〖(d-2F)〗^2= D^2- d^2

D-2f= √(D-d)/2

Sustituyendo en la ecuación (2):

S= πA(D√(D^2- d^2 ))/2

Sustituyendo (S) e la ecuación (1) de obtiene:

HB= 2P/π[D-√(D^2 )- √(d^2 )] ……… (3)

Donde: HB=Dureza Brinell

P= carga aplicada

D= diámetro de la bola

d= ancho de la compresión en mm

MÉTODO ROCKWELL

El método Rockwell es el más comúnmente usado, el número de dureza es indicado directamente sobre una carátula o una pantalla diagonal.

La prueba de dureza se hace aplicando dos cargas a una probeta y midiendo la profundidad de la penetración lograda en ésta entre la primera carga o carga mayor. La profundidad de la penetración se indica en la caratula cuando se suprime la carga mayor.

Hay dos tipos básicos de penetradores en el método Rockwell, el de diamante esferocónico llamado Brale, que se usa para materiales duros como el acero templado, acero nitrurado, carburo cementado o los aceros templados. El otro es el de esfera de acero de diferentes diámetros (1/16, 1/8, 1/4, o 1/12 plg) para materiales blandos como el cobre. Aluminio, plásticos, etc.

El método Rockwell se divide en dos categorías:

Rockwell regular

Rockwell superficial

Rockwell regular: la carga menor es de 10 Kg, y puede ser de 60,100 o 150 Kg

Rockwell superficial: la carga mínima es de 3 Kg, puede ser de 15, 30 o 45 Kg

Los números de dureza Rockwell pequeños dependen de la penetración y usualmente les antecede una letra significando el valor de la carga y el tipo de penetrador. Una letra ha sido asignada para cada posible combinación de carga y penetrador.

MÉTODO VICKERS

Este método es parecido al Brinell, con la diferencia de que el penetrador es una punta de diamante de forma piramidal de base cuadrada, teniendo un ángulo entre caras de 136°.

La dureza Vickers se determina mediante la relación entre la carga aplicada p y la superficie de la huella S. Para calcular la superficie de la huella se mide la longitud de la diagonal d del cuadrado formado por la huella, utilizando para ello una lupa o microscopio, provisto de un lente graduado.

El penetrador Vickers es un diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular, cuyas caras opuestas forman un ángulo de 136°. El número de dureza Vickers se expresa en la misma escala que el Brinell.

MÉTODO KNOOP

La prueba Knoop se usa para evaluar áreas precisas tales como capas superficiales de herramienta y alambres. Esta prueba aplica cargas hasta de 100 gr sobre penetradores piramidales de diamante, las diagonales de las impresiones poco profundas son medidas microscópicamente.

La forma de la pirámide tiene un ángulo longitudinal de 172° 30´, incluido un ángulo transversal de 130° y una profundidad de penetración cercana a 1/30 de su longitud. El número de dureza Knoop se obtiene dividiendo la carga entre el área proyectada.

MÉTODO SHORE

Cuando se trata de comprobar las piezas de grandes dimensiones se emplea el método shore. El aparato se traslada al material en donde se ha de hacer la prueba por el sistema de rebote

Este aparato está formado por un soporte en donde va colocado un tubo de vidrio graduado de 0 a 140 divisiones. Para el interior de dicho tubo se desliza un percutor de forma cilíndrica con una punta de diamante redondeada. En la parte superior del tubo hay una cámara de aspiración donde se puede hacer el vacio.

Al efectuar una prueba de dureza con el esclerómetro se fija éste a la pieza por medio de la base del soporte, posteriormente se hace el vacio con la pera, con lo cual el percutor ascenderá hasta la altura de caída 254mm, dejándose caer a continuación libremente sobre la probeta. Al rebotar el percutor quedara retenido en la posición mas alta que alcance, misma que indicara la lectura de la dureza.

La ventaja del esclerómetro es la facilidad de traslado y no produce prácticamente ninguna huella en las piezas ensayadas.

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