CONTENIDO Dureza ................................................................................................................................................. 2 Acerca de los ensayos de dureza ........................................................................................................ 2 ¿Cómo realizar un ensayo de dureza? ................................................................................................ 3 ¿Cómo seleccionar el método del ensayo? ..................................................................................... 3 Factores influyentes ............................................................................................................................ 4 REQUISITOS DE LA PREPARACIÓN ....................................................................................................... 5 Deformaciones ................................................................................................................................ 5 4 Ensayos por penetración .................................................................................................................. 6 Ensayo de dureza Rockwell ................................................................................................................. 6 Resumen general de aplicaciones típicas para escalas Rockwell Ro ckwell.................. ........................... ................... ................... ............... ...... 7 Vickers - ensayo de dureza .................................................................................................................. 8 Aplicación ........................................................................................................................................ 8 Espaciamiento del penetrador vickers ............................................................................................ 8 Anchura diagonal ............................................................................................................................ 8 Preparación de la superficie ............................................................................................................ 9 Koop – Koop – Esayo de dureza .................................................................................................................... 10 Aplicación ...................................................................................................................................... 10 Preparación de la superficie .......................................................................................................... 10 Cargas ............................................................................................................................................ 11 Ensayo de dureza Brinell ................................................................................................................... 12 Aplicación ...................................................................................................................................... 12 Cargas: ........................................................................................................................................... 13 Los métodos Brinell más comunes ................................................................................................ 13 Explicación ..................................................................................................................................... 13 Cargas en ensayos de dureza ............................................................................................................ 14 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................... 15
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Dureza La dureza es la oposición que presenta un material a ser rayado o penetreado por otro cuerpo sólido a diferencia de la resistencia mecánica, la cual es la resistencia del material a ser deformado. La dureza también es una medida de las propiedades de abrasión de un material. Generalmente, los materiales más duros presentan mejores propiedades a la abrasión que otros.
Acerca de los ensayos de dureza La dureza de un material puede definirse como "la resistencia que el material exhibe contra la deformación permanente ocasionada por la penetración de otro material de mayor dureza". La dureza no es una propiedad fundamental de un material y su valor cuantitativo debería evaluarse siempre en relación a:
una carga dada en un penetrador
un perfil de tiempo de carga específico y una duración de carga específica
una geometría de penetrador específica
El propósito principal de un ensayo de dureza es determinar la idoneidad de un material, o el tratamiento concreto al cual el material ha sido sometido.
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¿Cómo realizar un ensayo de dureza? El ensayo de dureza suele llevarse a cabo midiendo la profundidad de penetración del penetrador (Rockwell, ensayo de penetración instrumentado, dureza de penetración de bola) o bien midiendo el tamaño de una impresión dejada por un penetrador (Vickers, Knoop y Brinell). El método de ensayo de dureza por penetración más adecuado dependerá de la microestructura de los materiales; es decir, de la homogeneidad del material. Es importante que el material, bajo la penetración realizada por el ensayo de dureza, sea representativo de la totalidad de la microestructura, salvo que la tarea sea estudiar los diferentes constituyentes presentes en la microestructura. Esto significa que si una microestructura es muy tosca y hetereogénea, se necesitará una mayor impresión que para un material homogéneo.
¿Cómo seleccionar el método del ensayo? Cuando se seleccione un método, deberá considerarse:
El tipo de material que se someterá al ensayo
Si es necesario cumplir alguna normativa concreta
La dureza aproximada del material
Homogeneidad/Heterogeneidad del material
El tamaño de la pieza
Si se necesita embutición
La cantidad de muestras que se someterán a un ensayo
La precisión necesaria del resultado
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Factores influyentes El resultado de la dureza está influido por varios factores. Cuanto menor sea la carga que se utilice en el ensayo de dureza, más factores será necesario controlar, algunos de los cuales pasamos a comentar a continuación.
Deberán controlarse los factores externos como la luz, la suciedad, las vibraciones, la temperatura y la humedad.
También deberán garantizarse las condiciones previas de los ensayos, como, por ejemplo, una mesa sólida para el yunque y el durómetro, o que el soporte o sujeción de la muestra sea la apropiada mediante un porta-muestras o un yunque. El penetrador debería estar en posición perpendicular con relación a la superficie que se somete al ensayo.
Durante el ensayo, la configuración relativa a la iluminación deberá ser constante siempre que se apliquen los ensayos de dureza Vickers, Knoop o Brinell.
Será necesario recalibrar/verificar el durómetro cada vez que se cambie el penetrador o la lente de objetivo.
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REQUISITOS DE LA PREPARACIÓN El estado en que necesariamente deberá encontrarse la superficie dependerá del tipo de ensayo y de carga que se empleen. Por norma general, la superficie de suelo será suficiente para realizar ensayos de macrodureza, y a veces ni tan solo se precisará preparación alguna. Los ensayos de microdureza requieren una superficie pulida o electropulida. Es importante que los bordes/esquinas de una impresión que se evalúe ópticamente sean claramente visibles. En el rango de microdurezas, cuanto menor sea la carga utilizada durante el ensayo de dureza, mayores serán los requisitos relativos a la preparación de la superficie. Esta puede realizarse mecánica, química o electroquímicamente. Es importante que, durante la preparación, no se induzca ningún cambio en las propiedades de la superficie de la muestra debido al calor o al trabajo en frío.
Deformaciones Será necesario eliminar las deformaciones introducidas durante los procesos de corte y esmerilado; para ello, deberá realizarse un pulido a 6, 3 o 1 μm dependiendo de la carga del ensayo. En caso de cargas muy pequeñas, de menos de 300 gf1, la superficie deberá estar totalmente libre de deformaciones y será necesario realizar un pulido con óxido, o incluso un pulido electrolítico, en las muestras a fin de obtener una superficie totalmente libre de daños. También será necesario tener en cuenta que los materiales blandos y/o dúctiles (es decir, de una HV de menos de 120-150) son más sensibles a la hora de introducir artefactos en la preparación. En general, no obstante, puede decirse que la variación del resultado de la dureza medida está directamente relacionada con la calidad de la preparación de la superficie. Por este motivo, antes de tomar una decisión sobre la superficie inferior, será una buena idea tener en cuenta la compensación entre la calidad de la superficie y la variación en el resultado del ensayo.
TEST Rockwell HR
Brinell HBW
Vickers HV
Knoop HK
SURFACE PREPARATION Test de macro dureza No necesita superficie preparada o en la tierra Test de macro dureza Maquinado Pulido Test de macro dureza Ground Test de micro dureza Mecánica y eléctricamente pulido Test de micro dureza Eléctricamente pulido
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4 Ensayos por penetración Ensayo de dureza Rockwell
El ensayo de dureza Rockwell es un método rápido de evaluación sin lectura óptica. La dureza Rockwell se calcula midiendo la profundidad de una penetración causada por una bola de carburo de diamante o tungsteno. Debido a las cargas relativamente altas que se emplean, suele estar limitado a geometrías de muestras de mayor tamaño. Normativas aplicables:
ASTM E18
ISO 6508
JIS Z 2245
El método Rockwell utiliza 5 penetradores diferentes (cono de diamante y bola de carburo de tungsteno de 1/16",1/8",1/4",1/2") y 6 cargas principales diferentes (15, 30, 45, 60, 100, 150 kgf). El resultado son 30 escalas Rockwell diferentes, cada una de ellas caracterizada por una combinación diferente de tipo de penetrador y carga principal, y cada una adecuada para una aplicación o un material específico (p. ej.: HRA, HRB, HRC, HR30N, etc.). El ensayo Rockwell suele usarse como "ensayo rápido" en los talleres de fabricación o en los laboratorios, así como también en ensayos más avanzados como el ensayo Jominy (extremo templado) (HRC). Los métodos Rockwell se describen conforme a un número de escalas caracterizadas por una normativa, un tipo de penetrador y una carga. Ejemplo:
Indentador de bola de carburo de tungsteno de 1/8" de diámetro HRE, carga mayor de 100 kgf HR30N (Escala 30 N Rockwell superficial): Indentador de cono de diamante, carga mayor de 30 kgf
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Resumen general de aplicaciones típicas para escalas Rockwell
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Vickers - ensayo de dureza La dureza Vickers (HV) se calcula midiendo las longitudes diagonales de una penetración realizada al introducir un indentador piramidal de diamante con una carga dada en el material de muestra. Las cargas utilizadas varían desde 10 gf (1 gf) hasta 100 kgf. El ensayo Vickers permite evaluar todo tipo de materiales sólidos, y es adecuado para un amplio rango de aplicaciones.
Normativas aplicables: - ASTM E384 – micro y macro rangos - ISO 6507 – micro y macro rangos - JIS Z 2244
Aplicación El ensayo Vickers es un método versátil con un único tipo de indentador y un amplio rango de carga. Es adecuado para un amplio rango de aplicaciones con el fin de realizar ensayos en todo tipo de materiales sólidos.
Espaciamiento del penetrador vickers Durante el ensayo de dureza Vickers, la penetración deformará el material circundante y alterará sus propiedades. A fin de evitar malas interpretaciones de la dureza percibida, las normativas prescriben una cierta distancia entre los múltiples penetradores. Para el acero y el cobre, los penetradores deben espaciarse como mínimo 3 anchuras diagonales; en el caso del plomo, el zinc, el aluminio y la hojalata, el espaciamiento entre penetradores será de al menos 6 anchuras diagonales.
Anchura diagonal Además se tendrá en cuenta que la anchura diagonal mínima, conforme a las normativas internacionales, debe ser preferiblemente de al menos 20 µm para garantizar la lectura precisa de la penetración. Ello implica, por ejemplo, que la medición CHD utilizando una dureza Vickers inferior a 0,2 generalmente se debe evitar, ya que producirá una penetración inferior a 20 µm.
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Véase el resumen general de los métodos Vickers y las aplicaciones más comunes.
Preparación de la superficie Ensayo de macro dureza suelo
Ensayo de micro dureza pulido mecánico electropulido
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Koop – Esayo de dureza El ensayo Knoop se desarrolló como una alternativa al ensayo Vickers, principalmente con el fin de superar las fracturas en los materiales quebradizos y facilitar la posibilidad de realizar ensayos sobre capas finas. El penetrador Knoop es una pirámide de diamante que, en vez de ser simétrica, es alargada. La dureza Knoop (HK) se calcula midiendo la longitud de la diagonal larga de la penetración.
Normativas aplicables: -
ASTM E384 ISO 4545 JIS Z 2251
Aplicación El ensayo Knoop puede sustituir a un ensayo Vickers, principalmente con el fin de superar las fracturas en los materiales quebradizos y facilitar la posibilidad de realizar ensayos sobre capas finas.
Preparación de la superficie Ensayo de micro dureza -
altamente pulido electro pulido
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Cargas Evite los ensayo s que produzcan longitudes diagonales inferiores a 20 μm, ya que de lo contrario la imprecisión de la medición será demasiado alta.
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Tiempo de penetración: 10-15 segundos Grosor del material del ensayo según norma ASTM: Como mínimo 10 veces la profundidad de la penetración Grosor del material del ensayo según norma ISO: Como mínimo un tercio de la diagonal larga
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Ensayo de dureza Brinell La penetración Brinell ofrece una impresión de un tamaño relativamente grande con una bola de carbón de tungsteno de denominación HBW, siendo W el símbolo químico del tungsteno. El tamaño de la penetración se lee ópticamente a fin de determinar la dureza. Las aplicaciones típicas son los forjados y los fundidos cuyos elementos estructurales son de gran tamaño e inhomogéneos o cuyas estructuras son demasiado toscas para someterse a otros métodos (Rockwell/Vickers) y obtener un resultado representativo. El ensayo Brinell implica presionar una bola de carburo de tungsteno de 1, 2,5, 5 o 10 mm contra un material y medir el diámetro de la huella. Las cargas utilizadas varían desde 1 kgf hasta 3000 kgf. El ensayo Brinell normalmente se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular como, por ejemplo, los materiales forjados o de fundición. Normativas aplicables: -ASTM E10 -ISO 6506 -JIS Z 2243
Aplicación El ensayo Brinell se utiliza para muestras de mayor tamaño con una estructura de grano grande o irregular como, por ejemplo, los materiales forjados o de fundición. La dureza máxima permitida para Brinell es 650 HBW a fin de no deformar el penetrador.
Preparación de la superficie Ensayo de microdureza
mecanizado suelo lapeado pulido
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Cargas:
Tiempo de indentación: 10-15 segundos Grosor de muestra según norma ASTM: Como mínimo 10 veces la profundidad de la penetración Grosor de la muestra según norma ISO: Como mínimo 8 veces la profundidad de la penetración
Los métodos Brinell más comunes Los métodos Brinell suelen dividirse en 4 subgrupos (HB30, HB10, HB5, HB2,5), cada uno de ellos con la misma relación fuerza/diámetro (F/D2), y todos ellos adecuados para un grupo diferente de materiales. Las durezas medidas Brinell solo pueden compararse dentro de los subgrupos individuales.
Explicación
HBW 2,5/187,5: Bola de carburo de tungsteno de 2,5 mm Brinell y carga de 187,5 kgf.
HBW 5/750: Bola de carburo de tungsteno de 5 mm Brinell y carga de 750 kgf.
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Cargas en ensayos de dureza
El término "ensayo de microdureza" suele usarse cuando las cargas de penetración son inferiores o iguales a 1 kgf. El término "ensayo de macrodureza" se usa cuando las cargas son superiores a 1 kgf. Si las normativas lo permiten, use la mayor carga/fuerza posible para el penetrador más grande y, por lo tanto, la más alta precisión.
Oficialmente, las cargas aplicadas deberán expresarse en Newton (N). No obstante, históricamente las cargas se expresan en kilogramo-fuerza (kgf), gramo-fuerza (gf) o libra (p). La correlación entre kgf, kp y N es: 1 kgf = 1000 gf = 1 kp = 9,81 N Las cargas que se usan en cada uno de los cuatro métodos para materiales metálicos* cumplen con las diferentes normas ISO y ASTM:
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BIBLIOGRAFIA ENSINGER, Dureza, 2012, Consultado en: http://www.ensinger.es/es/informaciontecnica/propiedades-tecnicas-de-los-plasticos/propiedades-mecanicas/dureza [101017] STRUERS, Acera de los ensayos de dureza , 2017, España, Consultado en: http://www.struers.com/es-ES/Knowledge/Hardness-testing# [101017] STRUERS, Ensayo de dureza Brinell , 2017, España, Consultado en: http://www.struers.com/Knowledge/Hardness-testing/Brinell# [101017] STRUERS, Ensayo de dureza Rockwell , 2017, España, Consultado en: http://www.struers.com/Knowledge/Hardness-testing/Rockwell # [101017] STRUERS, Ensayo de dureza Vickers , 2017, España, Consultado en: http://www.struers.com/Knowledge/Hardness-testing/Vickers# [101017] STRUERS, Ensayo de dureza Knoop , 2017, España, Consultado en: http://www.struers.com/Knowledge/Hardness-testing/Knoop# [101017]
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