Ensayos De Dureza

ENSAYOS DE DUREZA

INTRODUCCIÓN

Es de gran importancia el conocer el comportamiento mecánico de los materiales a la hora de su selección para su uso o aplicación a criterió de las especificaciones de trabajo. Es por ello que se realizan diferentes tipos de estudio a los materiales para determinar sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, etc. Entre las propiedades mecánicas conseguimos la dureza, característica que varia según el arreglo de los átomos en la estructura de un material y del enlace que une a estos.

Existen diferentes tipos de métodos para determinar la dureza de un material. En principio se realizaban de forma empírica y con el transcurrir de los años se fueron perfeccionando, alcanzando una estandarización y el establecimiento de escalas, ofreciendo mayor precisión en los resultados. Estos métodos se conocen como ensayos de dureza, y dependiendo del tipo de material puede ser Brinell, Rockwell o Vickers.

A continuación se explicaran y detallaran cada uno de estos ensayos y los tipos de materiales a los cuales se aplican.

La dureza es la resistencia de un material a ser rayado o penetrado, por lo cual estamos midiendo la cohesión entre los átomos del material. Ésto, por tanto, guarda relación con la resistencia a la deformación y a la rotura, y cuanto más duro sea un material, más resistente será también.

Un ensayo de dureza consiste en penetrar un material usando una carga determinada, la que dejará como consecuencia una huella que será la referencia para calcular la dureza del material. Según la forma del penetrador y la forma de aplicar la fuerza tenemos varios ensayos de dureza, entre los que destacan tres: el método Brinell, el método Vickers y los métodos Rockwell.

En la antigüedad y antes de la aparición del primer durómetro, la dureza de los materiales se determinaba de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

En la actualidad se usan durómetros, los cuales son aparatos que miden la dureza de los materiales, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición.

Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers. Otras menos usadas son los Shore, Rosiwall, Knoop y Webster entre otros. Se aplica una fuerza normalizada sobre un elemento penetrador, también normalizado, que produce una huella sobre el material. En función del grado de profundidad o tamaño de la huella, obtendremos la dureza.

Dentro de cada uno de estos procedimientos, hay diversas combinaciones de cargas y penetradores, que se utilizarán dependiendo de la muestra a ensayar. Existen durómetros en la industria farmacéutica que se utilizan para medir la fuerza de rompimiento de las tabletas y pastillas como una medida de aseguramiento de la calidad.

Existen durómetros manuales, semiautomáticos y automatizados. Las tabletas deben de tener una dureza óptima, por ejemplo tabletas con una dureza mayor pueden no ser absorbidas en el tracto gastrointestinal del paciente.

DUREZA BRINELL

Se denomina dureza Brinell a la medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en 1900, siendo el método de dureza más antiguo.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. El indentador o penetrador usado es una bola de acero templado de diferentes diámetros. Para los materiales más duros se usan bolas de carburo de tungsteno. En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 10 a 12 milímetros de diámetro, con una fuerza de 3.000 kilopondios.

El valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material. Las medidas de dureza Brinell son muy sensibles al estado de preparación de la superficie, pero a cambio resulta en un proceso económico, y la desventaja del tamaño de su huella se convierte en una ventaja para la medición de materiales heterogéneos, como la fundición, siendo el método recomendado para hacer mediciones de dureza de las fundiciones.

El peso de la bola se puede obtener con la siguiente expresión:

P = KD2

donde:

: carga a utilizar medida en [kilopondio (kp)].

: constante para cada material, que puede valer 5 (aluminio, magnesio y sus aleaciones), 10 (cobre y sus aleaciones), y 30 (aceros).

: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido. Se pasa entonces al ensayo de dureza Vickers.

Este método consiste en aplicar una fuerza a una bola de acero y calcular el cociente entre

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