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La dureza es una de las propiedades mecánicas de gran importancia. Sin duda, ha sido y sigue siendo un tema de discusión muy amplio. La dureza es una de las propiedades de la materia muy considerada hoy en día en el área industrial. Por ello existen varios tipos de ensayos de dureza que han servido para evaluar las propiedades de dureza de los materiales.
¿Qué es Dureza?
La dureza de los materiales es la resistencia que ofrecen los materiales a sufrir una deformación de tipo plástica en su superficie. Causado por indentación, penetración o rayado.
Entonces se puede entender que la dureza es la capacidad de los materiales a resistir deformación por efecto de esfuerzos mecánicos localizados de otros cuerpos. Así que, el material que ofrezca mayor resistencia será el material más duro. Y esta propiedad se puede medir con algunos tipos de ensayos de dureza.
- Para los metales se considera a la dureza como la resistencia a la deformación plástica superficial.
- Para los polímeros y los cerámicos se cumple lo mismo que en los metales.
- Pero en caso de los elastómeros y otros pocos polímeros. La dureza es la resistencia a la deformación elástica superficial.
Tipos De Ensayos De Dureza Y Su Clasificación
Los objetivos de los diferentes tipos de ensayos de dureza, es hacer una caracterización mecánica de los materiales en base a su dureza. Cada ensayo de dureza considera factores diferentes para llevar a cabo una medición de tal propiedad en los materiales, como la profundidad, dimensiones de indentación, fuerzas aplicadas, y otras.
Hay tipos de ensayos de dureza que son cualitativos como la escala de dureza Mohs, pero resultan ser ensayos limitados e imprecisos.
Ello ha conducido al desarrollo de ensayos de dureza cuantitativos. Que, a su vez tienen diferente mecanismo de aplicación.
¿Cuál Es La Clasificación De Los Ensayos De Dureza?
Entonces la clasificación de los ensayos de dureza se puede llevar acabo tomando en cuenta el mecanismo del ensayo.
Ensayos de dureza por rayado: Se someten al rayado a los materiales para determinar su dureza.
- Método de dureza Mohs
- Ensayo de dureza Martens
- Ensayo de dureza a la lima
- Ensayo de dureza turner
Por Penetración: Los ensayos de dureza de este tipo miden la resistencia que oponen los materiales a ser penetrados por otros.
- Ensayo de dureza Brinell
- Ensayo de dureza Rockwell
- Ensayo de dureza Vickers
- Ensayo de dureza Knoop
Ensayos De Dureza Dinámicos: Determinan la respuesta elástica de un material al chocar contra otro material.
- Método de dureza Shore
- Método de dureza Leep
¿Cómo Medir la Dureza de un Material?
Como ya vimos anteriormente la dureza es un tema muy amplio. Por ello es que también hay muchos tipos de ensayos para medir la dureza que se han ido ideando a través de los años. Con el fin de poder determinar la dureza de los materiales.
Así que en los siguientes apartados veremos los métodos y ensayos de dureza que se han utilizado para determinar la dureza de los materiales.
Tipos de Ensayos de Dureza Por Rayado
Consiste en someter al rayado a los materiales. Dentro de este grupo de ensayos de dureza, se encuentra la dureza Mohs, que es uno de los ensayos de dureza mas conocidos.
Escala de Dureza de Mohs
La escala de Mohs es una escala de dureza que va del 1 al 10, donde cada lugar es ocupado por un mineral en especifico. La escala de dureza Mohs ha sido definida por el geólogo Friedrich Mohs en 1820.
La prueba de escala de dureza Mohs ha sido de los primeros métodos para determinar la dureza de un material, por ende es un método de dureza mas antiguo. Y sirvió de referencia por mucho tiempo.
Esta forma de determinar la dureza de los materiales consiste en hacer rayar un material con cada uno de los minerales que forman la escala de Mohs. Hasta que el material haya sido rayado por uno de los minerales de referencia de la escala de Mohs. Cuando el material haya sido rayado, entonces tal material tomara un valor de dureza igual o inferior a la de ese mineral de la escala de Mohs.
A pesar de que este método funciona bien. No es tan preciso como lo son otros ensayos de ingeniería que detallaremos más adelante.
Ensayo de Dureza Martens
El método de dureza MARTENS consiste en rayar el material a medir, con un diamante de forma piramidal.
Para calcular la dureza de un material por el método de dureza Martens, primero se debe de tener la longitud del ancho («a») del surco generado por el diamante aplicado.
Ensayos de Dureza Turner
Es un ensayo similar a la dureza MARTENS. La forma en la que se puede diferenciar estos dos métodos de dureza es prestando atención a las cargas que se le aplican al material sobre el cuál se esta aplicando el ensayo.
Ensayos De Dureza a la Lima
La aplicación del método de dureza a la Lima ha sido principalmente para ser aplicado en metales templados. Este método de dureza es especialmente usado para determinar si un metal es duro a los 60 Rockwell C.
Tipos de Ensayos de Dureza Por Penetración
Estos tipos de ensayos de dureza son los más actuales y son cuantitativos. Estos ensayos consisten en la acción de un identador para producir una deformación localizada.
Ensayo de Dureza Brinell
El ensayo de dureza Brinell también ha sido de los primeros métodos para determinar la dureza de un material. Es más utilizado para aceros forjado y fundiciones. Las cuales tienen grandes estructuras de grano.
El ensayo Brinell consiste en aplicar una bolita de carburo de tungsteno o acero duro. Este indentador es aplicado con una carga controlada, y es una esfera endurecida con un diámetro determinado.
Para obtener el valor de dureza Brinell, se tiene que hacer el cálculo de la carga que ha sido aplicada (Kg) entre la superficie del casquete (mm) o la huella.
Formula del ensayo de dureza Brinell
Ensayo de Dureza Rockwell
Los ensayos de dureza Rockwell y el ensayo de dureza Brinell son muy parecidos. Ambos ensayos de dureza se basan en el grado de penetración del indentador. Y bajo una carga determinada que a su vez es estática.
En caso del ensayo Rockwell, una bolita de acero o un cono esférico que tenga punta de diamante (brale).
El ensayo de dureza rockwell comienza con la aplicación de una carga inicial menor a 10 Kg. Esto permite que el penetrador se asiente y de esta manera evitar y eliminar las posibles irregularidades en la superficie. Luego el DIAL debe marcar en cero para seguir con la aplicación de la carga principal.
Posteriormente la carga principal es retirada mientras que la carga inicial permanece activa, y se procede a tomar lectura de la profundidad de penetración. El número de dureza se lee directamente de la escala. Además, el identador y la carga utilizada, determinan la escala de dureza, ya sea A, B, C, etc.
En el ensayo de dureza Rockwell hay varias escalas de Rockwell, pero las más comunes son las escalas B y C. Además, para este ensayo de dureza no hace falta calcular el número de dureza porque esta se registra del equipo de ensayo.
Ensayo De Dureza Rockwell
Ensayo de Dureza Vickers
El ensayo de dureza Vickers es una modificación del ensayo Brinell. Pero esta principalmente diseñado para medir la dureza de los recubrimientos delgados o superficies de piezas que han sido endurecidas.
El ensayo Vickers hace uso de un indentador piramidal cuadrado que es aplicado sobre la pieza o material a ensayar.
Este penetrador suele generar grietas en materiales quebradizos.
Ensayo de Dureza Knoop
Es otro ensayo de dureza que proviene del ensayo de dureza Brinell al igual que el método Vickers, esta también viene del ensayo Brinell.
En el ensayo de dureza knoop se usa un penetrador piramidal, con forma de rombo. Esto va a facilitar la creación de hendiduras más largas, pero con menor profundidad con respecto a otros ensayos de dureza.
Ensayos Dinámicos de Dureza
Estos tipos de ensayo de dureza dinámicos se basan en el impacto. Así que para determinar el valor de dureza con estos ensayos. Los resultados deben ser tomados con cuidado. Ya que estos métodos dependen de la energía absorbida por el material.
Método Shore
En el método Shore se dejar caer un percutor desde una altura determinada, la cuál cae sobre la superficie de la probeta o pieza a ensayar. Después del evento, se determina el rebote del percutor con respecto a la superficie de la pieza.
Hay dos tipos de ensayo de dureza shore. Se diferencian por que usan diferente tipo de diámetro en su indentador y porque cada ensayo es aplicado a diferente tipo de material.
Ensayo de Dureza Shore A – Diámetro de la punta del indentador 0.79 mm.
Ensayo de Dureza Shore D – Diámetro de la punta del indentador 0.1 mm.
Dureza Leep
A este método se le conoce como el método shore mejorado.
Al igual que el método de dureza Shore, consiste en lanzar el percutor (bolita de tungsteno), a una velocidad controlada. Con respecto a los materiales blandos, después de que el percutor toca la superficie de la pieza de ensayo, este alcanza menor velocidad luego del impacto. La medición de las velocidades del ensayo se determina mediante el uso de un potencial eléctrico que se genera en una bobina.
