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Dureza
La Dureza es una propiedad física de los materiales que consiste básicamente en la firme unión de las moléculas que la conforman, impidiendo así que cualquier otro objeto o sustancia lo parta, lo penetre, o lo comprometa. La dureza se utiliza en como una magnitud en diversas áreas industriales en las que se requiere medir la capacidad de aguante o resistencia de peso que tienen diversos materiales para que se les dé un uso óptimo. Un ejemplo de estas industrias son las que se encargan de fabricar elementos básicos para la construcción de una edificación o estructura, metalurgia, carpintería, entre otras en las que es vital saber cuál es su composición, como se podrían unir con otros materiales para crear estructuras sólidas 2- Dureza a ser rayada.
Esta se define como la resistencia a una fractura o deformación plástica permanente debido a la fricción entre un objeto afilado. Dada su simplicidad, su uso es habitual para determinar la dureza de minerales y rocas. si bien puede emplearse en todos los materiales no se trata de un método exacto ya que debe apreciarse visualmente. Data de 1812 y fue creada por el geólogo alemán Friedrich Mohs. El método Mohs consiste en determinar si en el material a ensayar producen ralladura unos materiales estándar ordenados del 1 al 1o según su dureza. La escala Mohs está formada por los siguientes materiales:
Tabla 1: Escala de Mohs
3- Dureza a la maquinabilidad Es una propiedad de los materiales que permite comparar la facilidad con la que pueden ser mecanizados por arranque de viruta. La maquinabilidad también puede definirse como el mejor manejo de los materiales y la facilidad con la que pueden ser cortados con una segueta o con una máquina de corte. La maquinabilidad también depende de las propiedades físicas de los materiales: Los factores que suelen mejorar la resistenci a de losmateriales a menudo degradan su maquinabilidad. Por lo tanto, para una mecanización económica, los ingenieros se enfrentan al reto de mejorar la maquinabilidad sin perjudicar la resistencia del material. Es difícil establecer relaciones que definan cuantitativamente la maquinabilidad de un material, pues las operaciones de mecanizado tienen una naturaleza compleja. En algunos casos, la dureza y la resistencia del material se consideran como los principales factores a evaluar. Los materiales duros son generalmente más difíciles de mecanizar pues requieren una fuerza mayor para cortarlos. Sobre estos factores influyen propiedades del material como su composición química, conductividad térmica y su estructura microscópica. A veces, sobre todo para los no metales, estos factores auxiliares son más importantes. Por ejemplo, los materiales blandos como los plásticos pueden ser difíciles de mecanizar a causa de su mala conductividad térmica.
Imagen 1: Taladro Bauer
4- Dureza por absorción de energía o dureza al impacto. Se basa en la reacción elástica del material cuando dejamos caer sobre él un material más duro. Si el material es blando absorbe la energía del choque, si el material es duro produce un rebote cuya altura se mide. La práctica se realiza en un esclerómetro o escleroscopio, aparato formado por un tubo de cristal de 300 mm. De altura, por cuyo interior cae un martillo con punta de diamante redondeada de 2,36 gr. La altura de la caída es de 254 mm y la escala está dividida en 140 divisiones.
Imagen 2: Escleroscopio shore
5- Dureza por penetración. Esta básicamente se basa en producir una deformación permanente sobre la superficie de un metal, se aplica una carga durante un determinado intervalo de tiempo, a través de un penetrador, utilizando las dimensiones de la huella para determinar la dureza de la muestra, en si podemos concluir que sería la resistencia que pone el material a ser penetrado. 6- Precauciona a seguir en la dureza por penetración 1- La Superficie de la pieza debe estar limpia 2- La superficie para la indentación debe ser plana y horizontal. 3- El espesor de la pieza debe ser 10 veces la profundidad de la huella. 4- Las indentaciones deben estar separadas. 5- Tipos de Dureza por penetración Dureza Brinell: Se denomina a una escala de 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. 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.
Dureza Vickers: Es el que se emplea para determinar la dureza de un material mediante la penetración en él de un diamante de forma piramidal. Se emplea fundamentalmente en los ensayos de materiales de gran dureza y de las piezas con secciones muy pequeñas, o en capas muy finas exteriores como son: las nitruradas, cementadas, etc. Consiste en la penetración de un diamante piramidal tetraédrico con un ángulo entre aristas de 136° en la superficie que se ensaya, y se expresa por el valor numérico de la dureza, que se obtiene dividiendo la carga (kgf) entre la superficie lateral de la huella (mm²) calculada por las diagonales.
Dureza Rockwell 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. Se pueden utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargas, lo cual permite ensayar prácticamente cualquier metal o aleación. Hay dos tipos de penetradores: unas bolas esféricas de acero endurecido (templado y pulido) de 1/16, 1/8, ¼ y ½ pulg, y un penetrador cónico de diamante con un ángulo de 120º +/- 30' y vértice redondeado formando un casquete esférico de radio 0,20 mm (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros. El ensayo consiste en disponer un material con una superficie plana en la base de la máquina. Se le aplica una precarga menor de 10 kg, básicamente para eliminar la deformación elástica y obtener un resultado mucho más preciso. Luego se le aplica durante unos 15 segundos una fuerza que varía desde 60 a 150 kgf a compresión. Se desaplica la carga y mediante un durómetro Rockwell se obtiene el valor de la dureza directamente en la pantalla, el cual varía de forma proporcional con el tipo de material que se utilice. También se puede encontrar la profundidad de la penetración con los valores obtenidos del durómetro si se conoce el material. Para no cometer errores muy grandes el espesor de la probeta del material en cuestión debe ser al menos diez veces la profundidad de la huella. También decir que los valores por debajo de 20 y por encima de 100 normalmente son muy imprecisos y debería hacerse un cambio de escala. El cambio de escala viene definido por tablas orientativas, puesto que no es lo mismo analizar cobre que acero.
Estas tablas proporcionan información orientativa sobre qué escala usar para no dañar la máquina o el penetrador, que suele ser muy caro. Esfera de 1/8 pulgada 150 Aplicaciones análogas al tipo anterior.
Imagen 3: Funcionamiento del ensayo Rockwell
Con el objeto que, a mayor dureza del material ensayado, le corresponde un numero representativo mayor, se invirtió la escala del dial o cuadrante indicador. Para obtener la dureza Rockwell no es necesario hacer ningún calculo ni aplicar ninguna formula, sino que se lee directamente del dial o cuadrante de la máquina. Nomenclatura: HR= dureza Rockwell E= escala total del dial e= incremento de la penetración
La escala se obtiene combinando penetradores y cargas totales y se elige de acuerdo a la combinación de ambos y al material a ensayar. En el siguiente cuadro se dan las escalas conocidas del sistema.
