Introducción: ¿Qué es la dureza?

La dureza es la propiedad de cualquier material para resistir las deformaciones de su forma cuando es sometido a una fuerza externa. La prueba de dureza es importante para aplicaciones técnicas y de ingeniería, ya que ayuda a determinar la dureza y la resistencia a la tracción de los materiales.

Ayuda a desarrollar una comprensión clara de si la muestra que se está probando es adecuada para aplicaciones específicas. Ayuda a las industrias a fabricar productos finales seguros y de alta calidad que cumplen con las normas y directrices de seguridad establecidas por las autoridades pertinentes.

Los diferentes tipos de dureza y los diversos métodos de prueba de dureza y determinación de los valores de dureza se analizan a continuación:

Dureza al rayado

La dureza al rayado es la capacidad de un material para resistir la deformación, generalmente por rayones y abrasiones. La dureza al rayado es un tipo de dureza que se mide cuando la superficie de una muestra se raya con una aguja que se arrastra a lo largo de su superficie bajo una carga de prueba fija.

El método de dureza al rayado define la resistencia de un material al arado con una aguja dura. Mide la dureza del material y su capacidad para resistir arañazos y abrasiones. Generalmente, un probador de dureza por rayado consta de un lápiz, una plataforma portátil para sujetar muestras, un dispositivo de aplicación de carga y una unidad de procesamiento y visualización de datos.

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Las primeras pruebas de dureza al rayado fueron realizadas por Friedrich Mohs en 1820, quien también desarrolló la escala de Mohs. La prueba de dureza al rayado mide la resistencia de la muestra a la rotura o deformación permanente debido a la fricción causada por la aguja a lo largo de su superficie.

Esta prueba utiliza un material más duro para rayar la superficie de la muestra que está hecha de un material relativamente más blando. Cuando necesita probar revestimientos, la dureza al rayado se refiere a la fuerza necesaria para cortar la película hasta el sustrato. La escala de Mohs se utiliza para medir la resistencia al rayado del material junto con un dispositivo de medición conocido como esclerómetro.

Dureza de indentación

La dureza de indentación se refiere a la dureza de un material que se determina haciendo una indentación en su superficie usando un indentador apropiado bajo una carga de prueba.

Hay muchos métodos diferentes de prueba de indentación que miden la profundidad de la indentación hecha en la superficie de la muestra para medir su dureza. Las pruebas de dureza de indentación se pueden subdividir en dos categorías: pruebas de macro indentación y pruebas de micro indentación. Las pruebas de macro indentación utilizan grandes cargas de prueba de más de 1 kgf y pueden llegar hasta los 3000 kgf en algunos casos.Probador automático de la dureza de Vickers de la carga baja del indicador digital de la torreta

El tipo prominente de métodos de prueba de macro indentación incluye el método de prueba de dureza Rockwell, el método Brinell, la prueba de Vickers, el método de prueba de dureza Knoop, etc. La prueba de micro indentación, por otro lado, se utiliza para medir la dureza de metales blandos, delgados y pequeños. espécimen, etc.

Las cargas de prueba aplicadas para las pruebas de dureza por micro indentación son mucho más bajas y pueden oscilar entre 1 y 1000 gf. Las pruebas de micro-indentación se pueden utilizar para medir cambios en la dureza en una escala microscópica. El método de Vickers y los métodos de prueba de dureza Knoop son dos métodos populares de prueba de dureza por micro-indentación.

Las pruebas de dureza por indentación pueden ser propensas a errores. Las principales fuentes de errores al medir la dureza incluyen una técnica deficiente, una calibración incorrecta del equipo de prueba, un acabado inadecuado de la superficie de la muestra, etc. La superficie de la prueba debe estar libre de suciedad, oxidación o lubricación para obtener estimaciones confiables de la dureza. El penetrador también debe ser perpendicular a la superficie de la muestra, ya que cualquier inclinación resultará en mediciones de dureza defectuosas.

Dureza de rebote

La dureza de rebote, que también se conoce como dureza dinámica, mide la dureza de un material determinando la altura a la que rebota un martillo con punta de diamante cuando se deja caer desde una altura sobre la muestra. Este tipo de dureza está relacionado con la elasticidad.

La dureza de rebote se mide generalmente mediante la prueba de dureza de rebote de Leeb. Este método fue desarrollado en 1975 por Leeb y Brandestini utilizando un probador de dureza portátil. Este probador proporcionó una nueva alternativa al equipo tradicional de prueba de dureza, que suele ser intrincado y complejo.Probador de dureza Vickers de pantalla digital programado torreta automática

El método de prueba de dureza de rebote de Leeb sigue procedimientos estandarizados. La velocidad del cuerpo oscila entre 1,4 m / sa 3 m / s. Con este método, se mide la velocidad del cuerpo antes y después del impacto para determinar la dureza de la muestra.

La relación entre la velocidad del impacto y la velocidad de rebote da la dureza Leeb dinámica de la muestra de prueba. El objeto utilizado para realizar el impacto en la muestra puede ser carburo de tungsteno cobalto, cerámica o diamante, o un penetrador en forma de bola con diferente radio.

La dureza de la muestra determinada por este método se representa como (ejemplo) 750 HL D en la que 750 indica el valor de dureza, HL indica "Dureza según Leeb" y D representa el método Leeb con cuerpo de impacto esférico de carburo de tungsteno-cobalto con un radio de 1,5 mm y peso de 4,5 gramos.

Selección del mejor método de prueba de dureza

La dureza de un material depende de una serie de factores como la homogeneidad del material, el tipo de material, su tamaño y su estado.

Existen diferentes tipos de métodos para las pruebas de dureza que deben seleccionarse cuidadosamente para obtener las mediciones de dureza más precisas y confiables.

Probador de microdureza por computadora (semiautomático) para mesa portadora programada

Probador de microdureza por computadora (semiautomático) para mesa portadora programada

Los factores que deben considerarse antes de seleccionar los métodos de prueba de dureza ideales incluyen: el tipo de material a probar, la dureza del material a probar, la homogeneidad del material, el tamaño de la muestra, si el montaje es necesario para la prueba de dureza, espesor de la muestra, etc.

Prueba de dureza Rockwell

La prueba de dureza Rockwell es el método más común y rápido para probar la dureza. Generalmente es ideal para probar la dureza de muestras de gran tamaño.

Se puede utilizar en la línea de montaje o en laboratorios para probar la dureza. Utiliza una bola de acero o un penetrador cónico con punta de diamante para medir la dureza dependiendo de la dureza del material que se va a probar.

Para iniciar la prueba de Rockwell, se aplica una carga menor de generalmente 10 kgf en el penetrador. El penetrador luego se mueve bajo la carga de prueba sobre la superficie de la muestra. Mientras que el penetrador todavía está bajo la influencia de la carga de prueba menor, también se le aplica una carga de prueba mayor adicional. Esto asegura una mejor hendidura en la superficie de la muestra que es clara y medible.

El método Rockwell de prueba de dureza es popular ya que no está influenciado ni por el sesgo del operador ni por la rugosidad de la superficie cuya dureza se está probando.

No hace uso de ningún equipo óptico sofisticado o costoso para medir la dureza de la muestra, lo que lo convierte en un método rentable para las pruebas de dureza. Es un método no destructivo para la prueba de dureza, lo que significa que la muestra de muestra que se está probando no se destruye y se puede usar para otros fines una vez que se completa el procedimiento de prueba.Probador de dureza Rockwell (tipo clásico)

Este método también tiene sus inconvenientes, ya que no es muy preciso en comparación con otros métodos de prueba de dureza. Una pequeña desviación en la medición de la profundidad de la hendidura puede alterar considerablemente las lecturas de dureza.

Si el penetrador en este método está desgastado, puede proporcionar mediciones de dureza defectuosas que no son confiables.

El valor de dureza Rockwell se calcula utilizando las tablas de conversión. Hay casi 30 escalas Rockwell, pero la mayoría de los materiales están cubiertos por escalas Rockwell C y B. Los valores de dureza en las pruebas de Rockwell se representan como (ejemplo) 70 HRB donde 60 es la lectura de dureza en la escala B.

 

Prueba de dureza Brinell

La prueba de dureza Brinell es uno de los métodos más antiguos y más utilizados para la prueba de dureza de materiales. Este método fue desarrollado por JA Brinell en el año 1900. Es ideal para medir la dureza de probetas que son demasiado rugosas o rugosas para ser medidas por otros métodos.

El método Brinell implica el uso de cargas de prueba más altas que pueden llegar hasta 3000 kgf y un penetrador de bola generalmente de 10 mm de diámetro.Probador de dureza de superficie eléctrica Rockwell

Para medir la dureza de metales y aleaciones más blandos, también se utilizan cargas de prueba más pequeñas de hasta 500 kgf. La carga de prueba predeterminada se aplica al penetrador esférico que se mantiene en la superficie de la muestra durante generalmente 10-15 segundos y luego se mueve.

La profundidad de la hendidura hecha por el indentador en la superficie de la muestra se mide y estudia con un equipo óptico avanzado que garantiza una mayor precisión y fiabilidad.

La tabla de conversión de Brinell se utiliza luego para convertir el diámetro promedio de la muesca realizada al valor de dureza Brinell correspondiente. Usando las tablas de conversión, el valor de dureza Brinell también se puede convertir en la resistencia a la tracción correspondiente.

El método Brinell de prueba de dureza también tiene algunos inconvenientes. El operador puede cometer errores al medir la profundidad de la hendidura en la superficie de la muestra, lo que puede afectar considerablemente las mediciones de dureza.

Dado que el método implica un equipo óptico avanzado y sofisticado para medir la dureza de la muestra, es más costoso en comparación con el método de Rockwell. También lleva más tiempo probar la dureza ya que la superficie de la muestra debe prepararse antes de la prueba.

El método Brinell tampoco funcionará con precisión si la superficie de la muestra es demasiado delgada, es decir, menos de 9,6 mm.

Las lecturas de dureza usando el método Brinell se representan como 600 HBW, donde 600 denota el valor de dureza y HBW denota "Dureza Brinell" con penetrador de bola de tungsteno. Si se utiliza un penetrador de bola de acero, las lecturas se representarán como 600 HBS, donde HBS indica "Dureza Brinell" con un penetrador de bola de acero.

Prueba de dureza Vickers

La prueba de Vickers utiliza el mismo principio que el método Brinell con la única excepción del tipo de penetrador que se utiliza.

El tipo de penetrador debe cambiarse con el método Brinell según el tipo de material que se esté probando. Sin embargo, el mismo penetrador de diamante se utiliza en el método Vickers para medir la dureza de todos los tipos de muestras.Probador automático de la dureza de Vickers de la carga baja del indicador digital de la torreta

El indentador utilizado en este método tiene la forma de una pirámide recta. Se aplica una carga de prueba en el penetrador que se presiona contra la superficie de la muestra dejando así una hendidura.

Las longitudes diagonales de estas marcas de indentación se miden utilizando sistemas ópticos, lo que da como resultado lecturas de dureza de alta precisión. El tiempo de permanencia, el tiempo durante el cual se aplica la fuerza de prueba a través del penetrador en la superficie de la muestra, es generalmente entre 10 y 15 segundos en este método.

La prueba de Vickers utiliza cargas de microprueba que son mucho menores en comparación con el método Brinell. Es un método de prueba de microdureza que es más adecuado para medir la dureza de materiales que son demasiado delgados o pequeños para pruebas de macrodureza.

Este método es el más adecuado para medir la dureza de láminas delgadas de metales, muestras pequeñas, etc. La prueba de Vickers es un método no destructivo que garantiza que la muestra se pueda utilizar una vez finalizada la prueba. Existen algunas limitaciones del método Vickers.

Requiere que la superficie de la muestra esté libre de imperfecciones y, por lo tanto, se necesita tiempo para preparar la superficie de la muestra antes de realizar la prueba. Se necesitan al menos 30-60 segundos para realizar esta prueba y el tiempo es exclusivo del tiempo necesario para la preparación de la superficie de la muestra.

Las pruebas de Vickers no se recomiendan para la producción a granel en líneas de montaje y son más adecuadas para las pruebas de laboratorio. Las medidas de dureza en la prueba de Vickers se representan como 700 HV / 10, donde 700 es el valor de dureza de Vickers al que se ha llegado utilizando una fuerza de prueba de 10Kgf.

Prueba de dureza Knoop

El método de prueba de dureza Knoop es una alternativa al método Vickers. Es un método de medición de microdureza adecuado para medir la dureza de materiales frágiles y quebradizos como la cerámica. También es útil para pruebas de dureza de pequeñas áreas alargadas como revestimientos.

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El método Knoop también usa un diamante piramidal como indentador, pero el indentador es alargado en lugar de ser una pirámide recta como en el método Vickers. Dado que el método se utiliza para ensayos de dureza de materiales frágiles, utiliza microcargas de hasta 1 kgf.

El penetrador utilizado en este método penetra en la superficie de la muestra solo la mitad de profundidad que en el método Vickers, lo que lo hace perfecto para la prueba de dureza de la muestra frágil.

Debido a la forma del penetrador, el método Knoop es más adecuado para medir muestras alargadas más largas como recubrimientos. Es importante tener en cuenta que la superficie de la muestra debe prepararse adecuadamente antes de realizar la prueba de Knoop para garantizar mediciones de dureza precisas y confiables.

 

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