Apartado Ensayos de Dureza Bloque I. Materiales. (Jorge Gómez-García)

ENSAYO DE DUREZA DUREZA: la resistencia que ofrece un material a ser rayado o penetrado por otro. Así determinamos la cohesión

Ensayos de Dureza al Rayado Mohs (1822) establece la 1ª escala de dureza con 10 materiales donde cada uno es rayado por la siguiente escala el más blando: talco el más duro diamante Ensayo Martens: El ESCLERÓMETRO fue la 1ª máquina para medir la dureza. Consiste en medir el ancho de una raya realizada con un diamante con una determinada fuerza aplicada. Ensayo a la lima: Mediante una lima en buen estado, solo para aceros templados + Si no entra la lima  dureza mayor a 60HRC (Hard Rockwell-C) + Si entra la lima  dureza menor a 58 HRC

Ensayos de Penetración Un pequeño penetrador es forzado sobre la superficie del material en condiciones normalizadas de carga y velocidad de aplicación de la misma. En estos ensayos se mide la profundidad y el tamaño de huella. Las durezas así representadas tienen un sentido relativo y no absoluto. Tipos: Brinell: HB Vickers: HV Rockwell: HRB, HRC

Ensayo Brinell (UNE 7-422-85) Consiste en comprimir una bola de acero ( determinado) templado con una fuerza F determinada durante un tiempo determinado. Parámetros: HB = Dureza en grados Brinell F = Carga Aplicada (kg) A = Área del casquete (mm2) D = diámetro de la bola (mm) d = diámetro de la huella (mm) h = profundidad de la huella (mm) Normalmente no calculamos el valor HB, sino que sabiendo el diámetro de la huella por medio de unas tablas conocemos el valor de HB. Para materiales gruesos las huellas son nítidas y de contornos definidos. En cambio si los materiales son de espesor menor de 6 mm, y utilizamos la bola de 10 mm, el material se deforma y los resultados son incorrectos. Para ello variamos el diámetro de la bola, la carga aplicada y luego podemos hacer una comparación.

Determinación del área del Casquete esférico El área del casquete esférico es: Debido a la dificultad de obtener la profundidad, h, debemos expresarla en función del diámetro de la bola, D, y el diámetro de la huella, d. Para ello utilizamos el Teorema de Pitágoras: Se debe tomar únicamente la solución de signo negativo, puesto que h no debe ser mayor que D/2. Por tanto,

Forma de expresar el resultado de la dureza Brinell (I) El método estándar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones: Diámetro de la bola  (D) :  10 mm Carga (P): 3000 kgf Duración de la carga (t): 10 ... 15 s  En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el número de dureza Brinell se denota sin ningun sufijo. Ejemplo: 220 HB Esta notación indica una dureza Brinell de 220 bajo las condiciones estándar arriba nombradas. (10/3000/15).

Forma de expresar el resultado de la dureza Brinell (II) Si por alguna razón no pueden aplicarse las condiciones estándar es posible aplicar cargas menores y utilizar indentadores esféricos de diámetros menores (estas mediciones no se consideran como estándar). En este caso la obtención de resultados comparables de los ensayos exige la observación del criterio de semejanza que para el caso dado corresponde a la constancia de la relación de la carga respecto al cuadrado del diámetro de la bola (obsérvese la fórmula de dureza), es decir, cte Se toma esta relación igual a 30, 10 y 2,5 según la naturaleza y dureza supuesta del material investigado.   En el caso de realizarse el ensayo bajo condiciones distintas a las estándar y atendiendo a la consideración anterior, la dureza Brinell se denota también como HB, pero con la adición de sufijos que indiquen el diámetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicación de la misma. Ejemplo: 63 HB 10/500/30 Esta notación indica una dureza Brinell de 63 medida con una bola de 10 mm de diámetro y una carga de 500 kgf. aplicada durante 30 s.

Ensayo Vicker. (UNE 7-423-84) El penetrador que utilizamos es una pirámide regular de base cuadrada, cuyas caras laterales forman un ángulo de 136º. Se recomienda utilizar este ensayo para durezas superiores a 500HB. Ventajas sobre el Ensayo Brinell, se puede utilizar tanto para materiales duros, como para materiales blandos, y además los espesores pueden ser muy pequeños (hasta 0.05mm). Las cargas utilizadas son pequeñas, de 1 a 120 kg, (normal 30kg) Calculo de la dureza: HV = dureza Vickers (kg/mm2) F = carga aplicada sobre la pirámide (kg) S = Superficie lateral de la huella (mm2)

Demostración de la Fórmula utilizada en el Ensayo Vicker.

Forma de expresar el resultado de la dureza Vickers (I)

Forma de expresar el resultado de la dureza Vickers (II)

Ensayo Rockwell (UNE 7-424-89) No permite medir la dureza de aceros templados porque se deforman las bolas. En este tenemos en cuenta la dureza en función de la profundidad. Es menos preciso que los anteriores pero más rápido. Tipos de Ensayos de dureza Rockwell Para materiales blandos utilizamos una bola  HRB. Para materiales duros utilizamos un cono de diamante de 120º  HRC.

Realización de un ensayo Rockwell Aplicación de una carga de P0=10Kg, hasta conseguir una pequeña huella, se mide su profundidad, h1 se toma como referencia. Aumentamos la carga en P1=90 kg para la bola y en P1=140 Kg para el cono, mantenemos la carga un tiempo comprendido entre 3 y 6 segundos, medimos la profundidad producida h2. Retiramos las cargas adicionales. El penetrador se recupera y ascenderá hasta la posición h1 + h. El valor de h no es cero porque existen deformaciones plásticas y elásticas. Y al dejar de aplicar la fuerza persisten las deformaciones plásticas.

Determinación del valor en Rockwell La dureza Rockwell no se expresa directamente, sino por el valor relativo entre dos valores directos. Este valor es h. así que: De estas fórmulas se deduce que cada unidad de dureza Rockwell corresponde a una penetración de 0,002 mm y que el valor de dichas unidades debe ser restado a un nivel de referencia. A menor profundidad de penetración mayor será la dureza y por tanto mayor el número de Rockwell.