Marco Teórico (Dureza)
La dureza cuantifica la resistencia de la superficie de un m aterial a ser deformada debid debido o a esfu esfuerz erzos os gene generad rados os por por otro otro mater material ial,, que, que, idealm idealmen ente, te, no sufre sufre deformaciones. Esta propiedad es medida con el instrumento llamado durómetro. Estos Estos instru instrumen mentos tos utili utiliza zan n de forma forma genér genérica ica elemen elemento tos s para para pene penetra trarr la superficie superficie del material cuya dureza dureza se quiere caracterizar. caracterizar. Existen Existen distintos tipos de durómetros que utilizan distintas fórmulas y escalas para la caracterización, entre ellos mencionaremos 3 tipos importantes de durómetros
DUREZA BRINELL
El ensayo de dureza brinell consiste en presionar la superficie del material a ensayar con una bolilla de acero muy duro o carburo de tungsteno, produciéndose la impresión de un casquete esférico correspondiente a la porción de la esfera que penetra Fig. 1. El alor de dureza, n!mero de "rinell #", resulta de diidir la carga aplicada $ por la superficie del casquete, por lo que%
La profundidad & del casquete impreso se mide directamente en la m'quina, mientras la carga se mantiene aplicada de modo de asegurar un buen contacto entre la bolilla y el material. (tra manera de determinar el n!mero #" es partiendo del di'metro d de la impresión lo cual tiene la enta)a de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias y en microscopios o aparatos especialmente dise*ados para tal fin. En este caso el alor del di'metro de la impre impresió sión n resul resulta tar' r' del del promed promedio io de dos lectu lectura ra realiz realizada adas s a ++- entre entre si. onsiderando que%
/eemplazando la Ecuación anterior en esta ecuación se obtiene una expresión para el n!mero de "rinell en función del di'metro de la &uella
En la pr'ctica el n!mero de "rinell se puede tomar directamente de una tabla ingresando con el alor del di'metro de la impronta. En algunos materiales la penetración de la bolilla origina una craterización Fig. 0.a y en otros una depresión Fig 0.b. En estos casos los alores obtenidos a partir de la medición de & no coinciden con los obtenidos en función de d, ya que la profundidad & medida no corresponde al casquete cuyo di'metro es d, sino al de di'metro d1, cuya determinación exacta en forma pr'ctica es dificultosa. $or todo esto se &a generalizado la determinación de #" a partir de d, ya que ofrece mayor seguridad de una determinación correcta. a sea en la, determinación de & o en la de d, se requiere una precisión m2nima de ,1mm.
$uede resultar coneniente obtener el alor de dureza a partir de la penetración & mediada durante el ensayo y luego comparar este alor con el que resulta de las mediciones de d. En caso que los resultados sean muy dis2miles, el operador deber' decidir acerca de cual método es el que el arro)a el resultado m's exacto, en base a su experiencia y al conocimiento del equipamiento utilizado. lgunos durómetros modernos est'n dotados de sistemas electrónicos encargados de producir la identación y determinar el alor de dureza autom'ticamente. Estos sistemas proeen el alor de dureza en forma directa, sin necesidad de realizar mediciones ni utilizar tablas. La determinación autom'tica de la dureza se puede &acer de dos maneras% a traés de sensores electrónicos que
miden directamente la profundidad de penetración &, o bien mediante la determinación de las dimensiones de la &uella a traés de un microscopio de 04 o 54 incorporado en el aparato. Estos sistemas autom'ticos permiten ciclos de medición muy r'pidos, lo que los &ace aptos para formar parte de una l2nea de producción en la que se requiere medir dureza en un alto n!mero de piezas.
DUREZA ROCKWELL
l igual que en el ensayo "rinell la dureza se determina en función del grado de penetración de la pieza a ensayar a causa de la acción del penetrador ba)o una carga est'tica dada. 6ifiere del ensayo "rinell en que las cargas son menores y los penetradores m's peque*os por lo que la impronta ser' menor y menos profunda. dem's el ensayo /oc78ell no requiere la utilización de formula alguna para la determinación de la dureza. Esta se obtiene directamente del dial indicador de la m'quina ya que la misma est' dada por el incremento de profundidad de penetración debido a la acción del penetrador, el cual puede ser una bolilla de acero o un cono de diamante. En la operación, la cual se muestra esquem'ticamente en la Fig. 9, se aplica inicialmente una carga de 1 7g la cual causa una penetración inicial que pone el penetrador sobre el material y lo mantiene en posición. El indicador de la m'quina se pone en cero, es decir se toma la l2nea de referencia a partir de la cual se medir' la identación y se aplica la carga adicional, la que generalmente es de 9 o + 7g cuando se utiliza como penetrador una bolilla de acero y es de 15 7g cuando se utiliza el cono de diamante.
l aplicar la carga adicional el material fluye pl'sticamente, resultando una penetración total ". $osteriormente, se retira la carga adicional, permitiendo la recuperación el'stica del material resultando una penetración final . :na ez que la carga principal se retira, el alor de dureza se lee directamente del indicador de la m'quina y depender' de la penetración & dada por la diferencia entre la l2nea de referencia y la l2nea final . En las m'quinas con sistema de indicación analógico la car'tula llea dos grupos, que difieren por 3 n!meros de dureza, en los que se agrupan las diferentes escalas correspondientes al método, éase la Fig. ;.
:no de los grupos corresponde a las escalas que utilizan el penetrador esférico, mientras que el otro corresponde a las que utilizan el cono de diamante.Las escalas /oc78ell tienen diisiones de ,0 mm, es decir la diferencia de penetración entre lecturas #/" < 93 y #/" < 9; es de ,; mm. omo las escalas est'n inertidas un n!mero m's alto implica mayor n!mero /oc78ell el cual esta dado por
6onde E es el n!mero total de diisiones de la escala y & es el incremento de penetración.
Cargas, e!e"ra#ores $ Esca%as
DUREZA &ICKER'
La determinación de la dureza =ic7ers es similar a la "rinell ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. >in embargo en este caso se utiliza una carga peque*a y el penetrador es un diamante en forma de pir'mide, como se muestra en la Fig +. 6e esta manera el alor de dureza =ic7ers resulta%
6ado que l 0 < d 0 ?0 se puede obtener una expresión en función de la diagonal d, la cual resulta%
@ambién es posible expresar el n!mero =ic7ers en función de la profundidad de penetración & de la siguiente manera%
a sea en la determinación de d o & se requiere una exactitud de ,1 mm y el alor de d resultar' del promedio de ambas diagonales. Las cargas pueden ariar de 1 a 1 7g seg!n el espesor y tipo de material. En general las m'quinas est'ndar proeen cargas de 1, 0.9, 9, 1, 0, 3, 9, 1 y 10 7g de las cuales las de 3 y 9 7g son las m's usadas. 6e esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la carga, as2 #= 3 significa dureza =ic7ers con una carga de 3 7g.
Dureza Rockweel A
>e lleó acabo con un Adentador de 6iamantare. plicando :na arga 6e ;7g. >e realizaro tres medidas, obteniendo los siguientes datos para 6iferentes $iezas.
Disco de Corte Numero de Medición
HRA
1
83
2
83.5
3
82.5
Promedio
83
Acero 1020 Numero de Medición
HRA
1
58
2
57
3
57.5
Promedio
57.5
Aluminio 2024 Numero de Medición
HRA
1
40
2
3.5
3
3.5
Promedio
3.!!
>eg!n la escala para 6ureza /oc78eel de a ; #/ el comportamiento es >uae, mientras que de ; a 1 es 6!ctil 6ado lo anterior obseramos que el 6isco de orte tienen un comportamiento 6!ctil, mientras que el cero 10 como el luminio tienen un comportamiento >uae.
