ENSAYO DE DUREZA El ensayo de dureza mide la resistencia del material a experimentar deformación plástica localizada. Se trata de un ensayo no destructivo. Existen diferentes métodos para evaluar la dureza del material: - Brinell - Rockwell A, B - Vickers -… El objetivo los siguientes ensayos de dureza es encontrar una resistencia a la deformación. La dureza no es una propiedad de los materiales. La dureza se usa como comparativo al igual que sus resultados.
Generalidades La dureza se define ingenierilmente como la resistencia a la penetración. Esta resistencia es la función de las propiedades mecánicas del material, sobre todo de su límite elástico y, en menor grado, de su tendencia al endurecimiento de trabajo, y del módulo de elasticidad. Si se tiene un material de composición dada, y se conoce su historial, se puede relacionar el límite elástico (para fines prácticos, el esfuerzo de cedencia) con la resistencia a la tensión, la ductilidad y la tenacidad. Por tanto, las pruebas de dureza pueden proporcionar datos de los que se pueden derivar muchas propiedades mecánicas importantes. Y, puesto que las pruebas de dureza se pueden llevar a cabo fácil y rápidamente, se usan ampliamente y se emplean para controlar procesos, así como para inspeccionar y determinar la aceptación de materiales y componentes. Las pruebas de dureza comunes se basan en la aplicación lenta de una carga fija a un muescador que se abre paso sobre la superficie lisa de la muestra. Una vez que se quita la carga, se mide el área o bien la profundidad de la penetración, lo cual indica la resistencia a la carga. A continuación se analizan dos clases de pruebas.
Prueba de 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. La prueba de Brinell se basa en cargas mecánicas o hidráulicas hasta de 3,000 kg, que actúan a través de una bola de 10 mm de acero endurecido o de carburo. A fin de compensar las variaciones en la respuesta de los materiales a la aplicación de la carga, se debe especificar el tiempo que ésta se aplica. Para materiales duros, tales como el acero, un período de carga de quince segundos es el apropiado. Los metales y las aleaciones más blandos, por ejemplo el bronce, requieren alrededor de treinta segundos; y el magnesio, aproximadamente dos minutos. Después de quitar la carga, el diámetro de la impresión hecha por la bola se mide en milímetros. El peso de la bola se puede obtener con la siguiente expresión:
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].
:
El número de dureza de Brinell, cuya abreviatura es BHN, es el cociente de la carga P, dividido por el área A de la impresión: Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:
(
√
)
donde: : carga a utilizar medida en [[[kilopondio|kp]]]. : diámetro de la bola (indentador) medida en [mm]. : diámetro de la huella en superficie en [mm] (se toma como la media de d1 y d2). en donde D es el diámetro de la bola y d el de la impresión.
En la práctica, el BHN se lee directamente en una tabla en la que se enumeran valores diferentes de d para varios valores de P.
La prueba de Brinell produce una impresión grande en la superficie de la pieza probada. Cuando no se pueda tolerar una impresión tan grande (y a menudo éste es el caso), la prueba es destructiva. No obstante la impresión grande tiene la ventaja de que proporciona resultados más representativos que los de una impresión pequeña, la cual sería más sensible a heterogeneidades (Que está formado por elementos de distinta clase o naturaleza) locales de suavidad y dureza. La magnitud de la impresión hace también que la prueba sea menos sensible a la presencia de escamas y acabado áspero, que cuando se efectúan pruebas a base de muescas pequeñas.
Limitaciones -
Han de tener un espesor mínimo las piezas a ensayar, de aproximadamente unas 10 veces el espesor de la huella. Ha de hacerse en una superficie lisa. Ha de haber una distancia hasta el borde de la pieza y tampoco pueden hacerse muy próximas entre ellas, ya que en los bordes de las huellas aparece la acritud (dureza por deformación).
Grafica: Dureza de Brinell
Materiales Frágiles
Materiales Elastométricos
Dureza Rockwell Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. La dureza Rockwell o ensayo de dureza Rockwell es un método para determinar la dureza, es decir, la resistencia de un material a ser penetrado. El ensayo de dureza Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar a cabo y no requiere conocimientos especiales.
Durómetro Rockwell de superficie digital
Escala de dureza Rockwell Símbolo de la escala
Penetrador
Carga mayor (kg)
Aplicaciones
A
Diamante
60
Aceros tratados y sin tratar. Materiales muy duros. Chapas duras y delgadas.
B
Esfera de 1/16 pulgada
100
Aceros recocidos y normalizados.
C D
Diamante Diamante
150 100
Aceros tratados térmicamente. Aceros cementados.
E
Esfera de 1/8 pulgada
101
Metales blandos y antifricción.
F G H K
Esfera de 1/16 pulgada Esfera de 1/16 pulgada Esfera de 1/8 pulgada Esfera de 1/8 pulgada
60
Bronce recocido.
150
Bronce fosforoso y otros materiales.
60
Metales blandos con poca homogeneidad, fundiciones con base hierro.
150
Aplicaciones análogas al tipo anterior.
Ensayo de Compresión El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material.
Se suele usar en materiales frágiles. La resistencia en compresión de todos los materiales siempre es mayor o igual que en tracción.
Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal.
Tensión y Compresión Limitaciones -
Se utilizan probetas de sección circular
Hormigón- Material resultante de la mezcla de cemento u otro conglomerante con áridos (grava, gravilla o arena) y agua.
Resistencia a la Tensión
Donde: RT Resistencia a la tensión (máxima 2000 psi) HB Dureza Brinell
Limite de Fatiga
Donde: LFLímite de Fatiga RT Resistencia a la tensión
El límite elástico, también denominado límite de elasticidad y límite de fluencia, es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes. Un modulo elástico es un tipo de constante elástica que relaciona una medida relacionada con la tensión y una medida relacionada con la deformación.
