¿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.

1. Para los metales se considera a la dureza como la resistencia a la deformación plástica superficial.
2. Para los polímeros y los cerámicos se cumple lo mismo que en los metales.
3. 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.

1. Método de dureza Mohs
2. Ensayo de dureza Martens
3. Ensayo de dureza a la lima
4. 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.

1. Ensayo de dureza Brinell
2. Ensayo de dureza Rockwell
3. Ensayo de dureza Vickers
4. Ensayo de dureza Knoop

Ensayos De Dureza Dinámicos: Determinan la respuesta elástica de un material al chocar contra otro material.

1. Método de dureza Shore
2. 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.

Es importante conocer las propiedades mecánicas de los materiales, ya que de esa manera un ingeniero podrá diseñar una estructura de la forma más eficiente. Sin embargo, el número de propiedades mecánicas un tanto larga, pero en seguida se busca cubrir una lista de las propiedades mecánicas más comunes en los diferentes materiales.

Propiedades Mecánicas de los Materiales Más Comunes

Las 12 propiedades mecánicas de los materiales más comunes y las que mayor se presta atención, se pueden apreciar en la siguiente lista. Son precisamente esas propiedades de mayor interés a la hora de evaluar a un material.

1. Módulo de Young
2. Dureza
3. Tenacidad
4. Resistencia
5. Elasticidad
6. Plasticidad
7. Fragilidad
8. Ductilidad
9. Maleabilidad
10. Resistencia a la tracción
11. Resistencia a la fatiga
12. Templabilidad

Módulo De Young

El módulo de Young es uno de los factores mas importantes a la hora de determinar que material es adecuado para una determinada aplicación.

La rigidez se entiende como el módulo de Young. Que a su vez es conocido como el módulo de elasticidad.

A través del cálculo del módulo de Young vamos a poder conocer la rigidez de un material. Cuando mayor sea el valor de esta propiedad mecánica, indicará que mayor será la rigidez del material.

Por otro lado, mientras menor sea el valor del módulo de Young del material, indicará que mayor será la elasticidad del material.

Dureza De Los Materiales

Desde la perspectiva de la escala Mohs se considera a la dureza, como la resistencia que ofrece un material en su superficie a ser rayado. Por lo tanto, si un material es capaz de rayar a otro, indicará que el material rayado será menos duro.

El diamante es el material más duro que se conoce y representa una dureza de 10 en la escala de dureza Mohs.

Pero la dureza también se puede medir por otros métodos. Puede ser por rascado, rebote o indentación. Donde el método más utilizado en ingeniería es el ensayo de dureza Brinell. Otro método muy usado es el ensayo de dureza knoop.

En ese caso la dureza se entiende como la resistencia que ofrecen los materiales a la deformación plástica en sus superficies.

Pero los materiales duros suelen ser frágiles. Es decir que los materiales cuya propiedad mecánica de dureza es alta, es más propenso a sufrir fractura.

Pero también los materiales de buena dureza son importantes. Porque son los adecuados para trabajos de desgaste.

Tenacidad

Esta propiedad mecánica indica cuanta energía puede llegar a absorber un material antes de sufrir fractura. Es decir, por medio de esta propiedad mecánica vamos a determinar el impacto que es capaz de soportar un material antes de que se rompa.

Podemos calcular el valor de la tenacidad haciendo uso de la tensión-deformación de cada material.

Los materiales presentan buena tenacidad cuando cuentan con propiedades mecánicas de resistencia y ductilidad buenas.

En ingeniería debe tenerse en cuenta que para que un material sea lo suficientemente resistente. Deben tener buena resistencia y buena ductilidad.

Resistencia De Los Materiales

Es la propiedad mecánica de los materiales que les brinda la capacidad para oponerse a la deformación o descomposición.

En la ingeniería los materiales deben de tener buena resistencia. Porque estarán trabajando bajo variedad de fuerzas.

Elasticidad

Es la propiedad mecánica que le permite a un material deformarse de manera reversible. Es decir, un material puede sufrir deformación cuando se encuentra bajo fuerzas mecánicas externas. Una vez que se le eliminan o retiran tales fuerzas mecánicas, el material recupera su forma y tamaño inicial.

Plasticidad

Es una de las propiedades mecánicas, que les permite a los materiales a deformarse de manera irreversible sin sufrir rotura. Es decir que el material adoptara una nueva forma después de haberle aplicado fuerzas externas.

Esto sucede debido a las tensiones o las fuerzas aplicadas al material. Estas tensiones son superiores a las que soporta el material en su límite elástico.

Los materiales que tienen buenas propiedades de plasticidad son buenos para ser formados.

Fragilidad

Propiedad mecánica de los materiales que les permite romperse con facilidad.

Esta propiedad mecánica no es muy deseada en la ingeniería. Debido a que en ingeniería se busca estabilidad y generalmente los materiales se encuentran trabajando bajo grandes esfuerzos y muchas veces bajo múltiples esfuerzos.

La fragilidad, indica que un material se rompe o se fractura al sufrir poca deformación.

Esta propiedad mecánica es la opuesta a la ductilidad.

Ductilidad

Esta es una de las propiedades mecánicas muy característico de algunos metales. Esta propiedad mecánica indica la facilidad con la que un material puede deformarse bajo tensiones por TENSION. La ductilidad se encuentra muy relacionado a la plasticidad. Ya que los materiales dúctiles reciben grandes deformaciones plásticas antes de sufrir rotura.

Los materiales dúctiles se caracterizan por su capacidad para formar largos hilos y alambres. Un material metálico con buena ductilidad es el cobre.

Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles

La siguiente es una representación de los materiales dúctiles y materiales frágiles. En una gráfica de esfuerzo-deformación.

Representación De Materiales Dúctiles Y Frágiles

El material dúctil se ha deformado mucho antes del punto de fractura F.

Para el material frágil. La rotura F ocurre poco después de que alcanza el límite elástico E. Y la fuerza máxima es igual al punto de fractura.

Algo típico de ver en los materiales dúctiles es el cuello de botella. Mientras que en los materiales frágiles no ocurre lo mismo.

Maleabilidad

Otra de las propiedades mecánicas muy característicos de algunos metales, como el aluminio. Esta propiedad indica la facilidad con la que un material sufre deformación bajo tensiones por COMPRESION.

Esta propiedad también se encuentra relacionado con la plasticidad. Y básicamente consiste en formar laminas después de formarse al martillarse o rodarse.

La maleabilidad y la ductilidad se pueden incrementar. Ambas propiedades mecánicas se pueden ver influenciadas con la temperatura. Al aumentar la temperatura, ambas propiedades mecánicas incrementan.

Resistencia A La Tracción

Esta propiedad mecánica indica cual será la fuerza máxima que un material puede soportar antes de sufrir rotura.

Es una de las propiedades más tomadas en cuenta en la ingeniería.

También se le conoce como fuerza de tensión o resistencia de máxima tracción. Esta propiedad mecánica es medida en MPa.

Resistencia A La Fatiga

La resistencia a la fatiga es una propiedad mecánica que indica la capacidad que tiene un material para soportar los trabajos, esfuerzo o tensiones cíclicas.

Un material puede llegar a tener un periodo de vida considerablemente largo si es que la tensión o cargas que se le aplican al material o la pieza se encuentran por abajo del límite fatiga.

Esta es una de las propiedades más importantes a la hora de crear y diseñar piezas, que estén sometidas a tensión cíclica. Un ejemplo de ello son los ejes.

Otro de los factores que puede influenciar la fatiga de las piezas es el tipo de grano que posee el material.

Templabilidad

Esta propiedad mecánica les permite a los materiales adquirir o aumentar dureza. Esto se consigue al hacer pasar los materiales por tratamientos térmicos. La templabilidad se lleva solo a bajo determinadas condiciones.

Ensayos y Pruebas Para la Obtención de las Propiedades Mecánicas de los Materiales

La aplicación de ensayos de tensión nos ayuda para obtener las siguientes propiedades mecánicas

• Resistencia a la tensión
• Propiedades elásticas
• Ductilidad

Los ensayos de flexión nos permiten obtener información sobre las siguientes propiedades mecánicas según el comportamiento que los materiales tengan frente a cargas de flexión.

• La resistencia a la flexión
• Módulo de elasticidad
• Deformación en la rotura
• Módulo de corte
• Resistencia a la fatiga
• Comportamiento frente a impactos
• Ductilidad

Los ensayos de dureza nos sirven para poder determinar las siguientes propiedades mecánicas. Según el tipo de ensayo que se realice y las características y el comportamiento durante el ensayo podemos obtener las siguientes.

• Propiedad de dureza Brinell
• Dureza rockwell
• Dureza Vickers
• Valor de dureza Knoop
• Resistencia a la abrasión

El ensayo de impacto proporciona información útil sobre las propiedades mecánicas de los materiales cuando estos se encuentran bajo condiciones de carga de impacto.

• Tenacidad de impacto
• Resiliencia del material
• Fragilidad
• Temperatura de transición vítrea

A través del ensayo de fatiga se pueden determinar propiedades mecánicas y características del material, como las siguientes.

• Vida útil del material
• Resistencia a la fatiga
• Identificación de puntos críticos del material

Otro ensayo que proporciona información sobre las propiedades mecánicas importantes es el ensayo de termofluencia.

• Tasa de fluencia
• Vida útil a la termofluencia
• Deformación permanente
• Temperatura critica de termofluencia

Las Aleaciones De Aluminio

Son aleaciones cuyo componente principal es el aluminio. Y contiene otros elementos aleantes con fin de mejorar las propiedades mecánicas de los materiales mas de lo que podría tener cada uno por si solo.

Las aleaciones de aluminio son los materiales más usados en el grupo de los materiales no-ferrosos. Y tiene gran aplicación sobre todo en las estructuras móviles.

Estas aleaciones frente a los aceros tienen algunas ventajas muy notadas. Por ejemplo, el aluminio resulta tener una densidad muy baja en comparación con los aceros. Además, es capaz de absorber energía de choque lo que es útil en materiales que requieran cubrir esta propiedad.

Otra de las ventajas de las aleaciones de aluminio es su conductividad térmica. Esta propiedad tiene un uso muy marcado en radiadores e intercambiadores de calor. También por las propiedades conductoras eléctricas del aluminio.

La variedad de aleaciones de aluminio es considerablemente grande. Se pueden encontrar más de 400 aleaciones de aluminio forjado, mientras que para el caso de aleaciones de aluminio fundido hay más de 200. Sin embargo, puede haber más aleaciones, pero todas estas aleaciones mencionadas han sido registradas en la Asociación del Aluminio.

Tipos De Aleaciones De Aluminio

Primero que nada, las aleaciones de aluminio son aquellos materiales que se encuentra formado principalmente por aluminio, y también hay presencia de otros elementos. Estos elementos aleantes se agregan con el fin de mejorar la resistencia y otras propiedades, obteniendo materiales mejorados.

Las aleaciones de aluminio se encuentran dividas básicamente en dos grupos. Los cuales son las aleaciones de Al forjadas y las aleaciones de Al fundidas. Donde a su vez tienen una nomenclatura que va a depender del grado de aluminio presente en la aleación.

Aun así, también se puede seguir clasificando estas aleaciones de aluminio prestando atención al comportamiento de las aleaciones frente a los tratamientos térmicos.

Aleaciones de Aluminio Fundido

La producción de estas aleaciones consiste en extraer el aluminio de los minerales de bauxita a través del proceso Bayer.

Después de que se obtienen las palanquillas de aluminio. El aluminio pasa a fundirse, donde junto a otros elementos aleantes se producen las aleaciones de Aluminio fundido.

La designación de los nombres de este tipo de aleaciones de Al se basa en cuatro un número decimal de cuatro dígitos (xxx.X). Donde el ultimo digito es la parte decimal. Y se entiende de la siguiente manera.

El primer dígito (Xxx.x) se refiere al elemento de aleación más importante o principal.

Los dígitos dos y tres (xXX.x) son números arbitrarios de identificación dentro de la serie de determina aleación.

El último dígito o la parte decimal indicara si la aleación es una fundición o un lingote.

Además, cuando haya una letra mayúscula delante del dígito o un prefijo en mayúscula. Significa que la aleación ha tenido una modificación.

Ejemplos De Aleaciones De Aluminio Fundido

La aleación A556.0. El prefijo Axxx.x nos indica que ha pasado por determinada modificación. El primer dígito (5) A5xx.x indica que la aleación principal es el magnesio. Los siguientes dos dígitos sirven para identificar a la aleación dentro de la serie 5000. Finalmente, el número 0 de la parte decimal se refiere a que es una fundición de forma final.

Aleaciones de Aluminio Forjadas

Para la producción de este tipo de aleaciones. Primero se toman los lingotes de aluminio para que sean fundidos con otros elementos. Este material termina enrollándose, extrayéndose o forjándose.

La designación de estas aleaciones consiste en cuatro dígitos XXXX que consisten en:

El primer dígito (Xxxx) se refiere al elemento de aleación más importante o principal.

Segundo dígito (xXxx), representa el número de modificaciones que se le ha hecho a la aleación original.

El tercer y cuarto dígito (xxXX) son dígitos arbitrarios para la identificación de una aleación especifica.

Ejemplos De Aleaciones De Aluminio Forjadas

La aleación 3167 de aluminio indica que la aleación principal es el cobre (2). El segundo dígito (1) indica que ha recibido un tratamiento o su primera modificación. Es decir que la aleación original fue el 3067. Además, el 67 es el número que lo identifica de la serie 2000 o 2xxx.

Algo importante a tener en cuenta es que dentro de las aleaciones de aluminio forjadas hay una excepción. Se trata de la serie 1000 o 1xxx, que se trata simplemente de aluminio puro. Donde los dígitos tres y cuatro indican la pureza por arriba del 99%.

Ejemplo para la serie 1000

La aleación 1150 consiste en aluminio puro (1xxx), tratamiento (x1xx) y dos ultimo dígitos (xx50) 99.50% de aluminio.

Clasificación de las Aleaciones de Aluminio Frente al Comportamiento de Tratamiento Térmicos

Después de ver las dos categorías principales de las aleaciones de aluminio veremos que podemos encontrar diferencias dentro de las mismas.

Aleaciones Tratables al Calor

Dentro de las categorías principales de las aleaciones de aluminio podemos encontrar a ciertas series de estas aleaciones cuyas propiedades mecánicas se pueden mejorar al ser sometidas a tratamientos de calor. Sobre todo, su resistencia.

Dentro de las series de aleaciones de Al forjados que pueden ser tratados térmicamente están las series 2xxx, 6xxx, 7xxx y también algunos miembros de la serie 4xxx.

En caso de las aleaciones de aluminio fundidas, encontramos a las series 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x y 7xx.x.

Aleaciones No Tratables al Calor

A este grupo de pertenecen las aleaciones de aluminio que pueden ser tratadas sin calor. Que básicamente consiste en endurecimiento por deformación que a su vez consiste en mejorar la resistencia de las aleaciones por medio del trabajo en frío.

Con respecto a las aleaciones de Aluminio forjado encontramos a las series 1xxx, 3xxx, 5xxx y algunos miembros de la serie 4xxx.

En este grupo no encontramos aleaciones de aluminio fundidas. Ya que este método no se puede aplicar a las fundiciones en general.

Las Aleaciones de Aluminio Mas Importantes

Estos son algunas de las aleaciones con más uso o más comunes y en algunos casos más importantes.

1. AA-8000 se usa en cableados.
2. Al-Li aleación de aluminio con litio
3. Alnico aleación que contiene aluminio níquel y cobre.
4. Duraluminio una de las aleaciones más importantes compuesta por aluminio y cobre.
5. Magnalium, es una aleación que contiene cerca del 5% de magnesio.
6. Silumin aleación que contiene aluminio y silicio.
7. Titanal, otra aleación muy importante que contiene aluminio, cinc, cobre, circonio y magnesio.
8. Zamak contiene aluminio, cinc, magnesio y cobre.

Diferentes materiales tienen diferentes propiedades. Por ejemplo, los metales poseen mejores propiedades eléctricas en comparación con los materiales plásticos. Aun si hablamos solo de metales, existe una diferencia marcada entre sus propiedades de conductividad eléctrica de unos metales con respecto a otros, tales como el cobre, el aluminio, el hierro o algunas aleaciones como el acero.

Una característica muy notable de aquellos materiales que poseen alta conductividad eléctrica, es que conducen con mucha facilidad la electricidad. A estos materiales generalmente se les conoce como conductores eléctricos. Y tienen interesantes aplicaciones en el campo de la electricidad. En contraste, aquellos materiales con baja conductividad (conocidos como aislantes) también tienen gran aplicación, puesto que las necesidades son amplias.

¿Qué es la conductividad eléctrica?

La conductividad eléctrica es una propiedad de los materiales que indica la capacidad que tiene un material de poder conducir la electricidad. La conductividad eléctrica determina que tan fácil se da el flujo de electrones o iones a través de un material.

La conductividad eléctrica guarda una relación inversa con la resistividad eléctrica. Ya que la resistividad mide o indica la oposición que presenta un material al flujo de electrones. Estas dos propiedades son exactamente opuestas.

Tanto la resistividad como la conductividad eléctrica son propiedades intrínsecas de los materiales. Es decir, que no cambian con respecto a su forma o volumen, pero sí que se pueden ver afectados por factores como la temperatura, composición, impurezas y otros.

La capacidad térmica es otra de las propiedades que guarda mucha relación con la conductividad eléctrica. Puesto que materiales que tienen buena conductividad eléctrica también tienen buenas propiedades térmicas.

Fórmula De La Conductividad Eléctrica

Esta propiedad, indica la facilidad con la que un material en específico permite el flujo de electrones a través de sí mismo. La fórmula de la conductividad eléctrica indica que, a menor resistividad, la conductividad eléctrica será mayor. Y a mayor resistividad ocurre lo contrario.

Donde la conductividad es igual a la inversa de la resistividad, y a la vez es igual al producto de la densidad de carga, movilidad electrónica y la carga eléctrica. Y las unidades de la conductividad es Siemens/metro (S/m)

• σ = Conductividad Eléctrica
• ρ = Resistividad Eléctrica
• n = densidad de carga (es decir, a la cantidad de electrones que existen por área de sección transversal)
• q = Indica la carga de cada elemento. En caso de los electrones es – 1.
• µ = Indica la movilidad de los electrones, es decir la rapidez con la que un electrón se mueve a través de un material específico.

Conductancia Especifica Y Conductividad Eléctrica

Poner atención a un dato importante, la conductividad eléctrica también es conocida como conductancia especifica.

Pero, se debe tener en cuenta que la conductividad y la conductancia no son lo mismo. Ya que la conductancia puede variar de acuerdo al tamaño del material. Por ejemplo, la conductancia eléctrica de un cable será mayor si es corto y grueso, y será menor cuando sea largo y delgado. La conductancia se encuentra definida como la inversa de la resistencia eléctrica, que se menciona más abajo.

Donde:

• G = Es la conductancia eléctrica.
• R = Resistencia eléctrica.
• Las unidades de la conductancia eléctrica es Siemens (S)

Relación Entre La Conductividad Eléctrica y La Resistividad

Como ya vimos, la conductividad es la propiedad que va a determinar que tan bien fluyen los electrones a través de un material. Mientras más alta sea la conductividad, mayor será el flujo a través del material. Y tanto la conductividad como la resistividad determinan cada una a la otra.

Pero ¿Qué es la resistividad?

Se entiende como la capacidad que tiene un material para oponerse al flujo de electrones a través de el mismo. Mientras más alta sea la resistividad de un material, menor será su conductividad eléctrica (flujo de electrones).

Como se mencionó antes, la resistividad es la inversa de la conductividad, tal como se aprecia.

Las unidades de la resistividad eléctrica son (ohm-metros (Ω·m)).

Diferencia Entre Resistividad y Resistencia Eléctrica

Al igual que la conductividad se le conoce como la conductancia eléctrica, a la resistividad se le conoce como resistencia específica, pero no son lo mismo. Ya que la resistencia puede variar, mientras que la resistividad es una propiedad inmutable.

Formula Para Calcular la resistencia De Un Material

La resistencia es igual a la conductividad multiplicado por la longitud del cable(material) dividido entre el área transversal del cable.

Y las unidades de la resistencia es ohm (Ω)

¿Cuáles Son Los Materiales Con Mejor Conductividad Eléctrica?

En la tabla de abajo se muestra una lista de los materiales con mejor conductividad eléctrica a condiciones normales (a 20 grados centígrados). En ella se puede apreciar que son los metales quienes tienen mejor capacidad conductora. En ellas destacan la plata con la mejor conductividad, el cobre que es muy usado por su conductividad, el aluminio que también es un buen conductor y otros metales.

La propiedad de conductividad, es una característica de los metales.

No obstante, la conductividad eléctrica de un material se puede cambiar frente al cambio de temperatura, modificando su composición, etc. Por ejemplo, si se aumenta mucho la temperatura para un metal, entonces su conductividad baja considerablemente.

Pasa lo contrario con los materiales semiconductores y otros materiales de baja conductividad. Al aumentar la temperatura, su conductividad eléctrica aumenta en buena proporción.

Por otro lado, están los superconductores, que son materiales cuya resistividad es prácticamente nula, cuando la temperatura es extremadamente baja. Estos materiales adquieren una capacidad conductora casi perfecta a temperaturas muy bajas. El problema es que solo se nota las mejoras en su propiedad a esas temperaturas (casi cero absolutos).

Conductividad Eléctrica De Los Metales

Los metales son los materiales que mejor capacidad conductora tienen. Y eso se debe a sus electrones libres.

Pero la mayoría de los elementos tienen electrones libres. ¿Por qué no conducen la electricidad tan bien como los metales?

Esto se debe al tipo de enlace metálico que forman sus átomos. En estas estructuras los electrones deslocalizados están dispersos y se mueven con libertad (mar de electrones). Por lo que el flujo de electrones será mayor y por lo tanto la conductividad eléctrica en los metales es mayor que en otros materiales.

Conductividad de la plata

Aunque muy pocos lo esperaban, el metal con la mejor conductividad eléctrica y por lo tanto el material con mejor capacidad conductora es la plata. La plata tiene una conductividad eléctrica que supera al cobre en un 5%, alcanzando los 63 millones siemens/metro (6.30 x 10e7).

La resistividad eléctrica de la plata es de 1.59(10-8) ohm-metro.

Conductividad del cobre

El cobre es uno de los metales más conocidos. Su propiedad conductora ocupa el segundo lugar dentro de los materiales y metales con la mejor conductividad eléctrica. Alcanzando los 59 millones siemens/metro.

Y una resistividad muy baja de 1.68(10-8) ohm-metro.

A pesar de que el cobre tiene buena capacidad conductora, está siendo reemplazado en algunas áreas. Como el caso de las líneas eléctricas, donde la mejor opción resulta ser el aluminio.

Conductividad del oro

El oro es uno de los metales con mejores propiedades entre los metales, destacando con su alta ductilidad y maleabilidad. Sin embargo, su conductividad eléctrica no es la mejor de todas.

La conductividad del oro alcanza los 41 millones siemens/metro. Y es el tercer metal con mejor propiedad eléctrica, después del cobre y la plata.

La resistividad del oro es de 2.44(10-8) ohm-metro.

Conductividad eléctrica del aluminio

El aluminio es un buen conductor eléctrico ocupa el cuarto lugar. Su conductividad eléctrica alcanza los 35 millones Siemens/metro.

Y su resistividad es de 2.82(10-8)ohm-metro.

Cuando el aluminio se encuentra formando aleaciones, la conductividad eléctrica llega a disminuir mucho. Pero en todos los casos, no baja más que la conductividad del hierro.

Conductividad del acero

El acero que consiste en aleaciones de hierro-carbono. Alcanza una conductividad eléctrica de 10.1 millones de siemens/metro.

Y una resistividad muy elevada de 10(10-8)ohm-metro.

Al aplicarle el ensayo de dureza Brinell a un material metálico, se podrá obtener información que resulta muy útil. Ya que brindara información que se puede relacionar con otras propiedades y características físicas de determinado material. Tales como la resistencia a la tracción, al desgaste, también la ductilidad y otras.

Además, dependiendo de la dureza de un material, esta será capaz de resistir a efectos de deformación plástica superficial, penetración y rayado. Por otro lado, a mayor dureza de un material, esta se verá favorecida en algunas de sus propiedades tales como la resistencia al desgaste por fricción o erosión en medios húmedos, de aceites o agua.

Ensayo de Dureza Brinell

Este método consiste en la aplicación de una carga constante sobre una superficie plana, durante un tiempo determinado, haciendo uso de una pequeña bola que debería de ser de carburo de tungsteno, pero también hay bolas de acero endurecido.

El ensayo de dureza Brinell (HB) suele ser más adecuado para materiales metálicos cuyas estructuras de grano son gruesas y no homogéneos. Por lo tanto, su aplicación resulta más idónea en fundiciones y en piezas forjadas.

Fórmula del Ensayo de Dureza Brinell

La fórmula que se muestra en la imagen, ayuda a determinar el valor de dureza de los materiales metálicos.

• HB = Indica el valor de Dureza Brinell del material.
• F = Se refiere al valor de la carga que ha sido aplicada.
• D = Indica el diámetro de la bola de carburo de tungsteno o acero endurecido (indentador).
• d = Indica el diámetro del área de la superficie de la sangría (sangría = impresión = indentación). Es la marca que deja el identador después de la operación.

Especificaciones del Ensayo De Dureza Brinell

1. La bola para su aplicación debería ser de carburo de tungsteno, pero también se usan otras como bolas de acero endurecido.
2. Las cargas para el ensayo de dureza Brinell se aplica de manera que se encuentre en el rango de 500 a 3000 N.
3. El tiempo de aplicación de la carga debe ser determinado, y se encuentra entre 10 a 30 segundos.
4. En ensayo de dureza Brinell se aplica sobre una superficie plana y rectificada.

En cuanto a los estándares nuevos del ensayo Brinell, se exige que las bolas sean de carburo de tungsteno.

Las razones se deben a que las cargas que se aplican son variadas y debido a los grandes rangos de dureza. Entonces, mientras que se usan 500 N para materiales metálicos blandos como el aluminio, también se usan cargas de 3000 N para otros materiales metálicos que son muy duros.

Además, las bolas de acero endurecido solamente pueden usarse para valores de hasta 444 HB. Mientras que usando las bolas de carburo de tungsteno se puede medir una dureza máxima de 650 HB.

En algunos casos se van a encontrar valores de dureza acompañados con HB (Hardness Brinell), HBW (Hardness Brinell Wolfram carbide) o HBS (Hardness Brinell Steel). Para el caso de HBW, Wolfram carbide = carburo de tungsteno.

Los estándares que en los que se explica y se define el ensayo de dureza Brinell son las siguientes:

• ASTM E 10
• ISO 6506

Procedimiento de Aplicación del Ensayo de Dureza Brinell

Para llevar a cabo este ensayo de dureza se tiene que seguir con un procedimiento que permita que el resultado sea el correcto.

Primero, limpiar o pulir la superficie sobre la cual se aplicará la carga. Además, la superficie debe ser plana, rectificada, lapeada y mecanizada.

Se debe configurar la máquina, según la carga requerida para la prueba.

Se debe colocar la base del soporte de la muestra a una distancia considerable para realizar el ensayo. Enseguida se colocará la muestra.

Paso siguiente, es aplicar la carga principal sobre la pieza a ensayar. Maniobrando la palanca de la máquina.

Se debe mantener la carga aplicada durante un tiempo determinado. Luego maniobrar la palanca para liberar la carga.

Una vez concretada los pasos anteriores para el ensayo de dureza, se debe retirar la pieza que ha sido ensayada para medir el diámetro de hendidura formada con el microscopio Brinell. Muchas veces la medición se realiza con el microscopio de la máquina sin la necesidad de retirar la muestra. Eso va a depender del tipo de máquina que se esté utilizando.

Observaciones del Ensayo de Dureza Brinell

Muchas veces se requiere hacer algunas pruebas. Esto se debe al amplio rango de dureza que se utiliza en el método Brinell. Y también se debe a la variedad de tamaños de bolas y cargas que se encuentran disponibles.

Cuando se usa el ensayo de dureza Brinell las cargas son considerablemente altas en algunos casos. Por ello puede que este ensayo no entre en la categoría de los ensayos no-destructivos.

Además, el resultado del ensayo de dureza Brinell, puede llegar a variar y en algunos casos podrían ser erróneos, cuando la dureza del material metálico es muy alta. Esto se debe al tipo de bola que se usa para la indentación. Ya que hay bolas que resultan ser blandas para algunos materiales.

Calculo del Ensayo de Dureza Brinell

En de las máquinas más actuales, no se necesitan hacer cálculos, ya que las mismas máquinas se encargan de realizar los cálculos. En cuyo caso, solo sería necesario registrar los datos que se muestran en sus paneles de información.

Para el caso de máquinas que no son tan actualizados, se tiene que medir el diámetro de la indentación haciendo uso del microscopio Brinell. También se tienen que registrar los datos de carga y tiempo, que han sido aplicados en el ensayo de dureza Brinell.

Una vez que se tiene los datos, solo se tendrá que reemplazar los valores en la fórmula para calcular el valor de dureza del material.

Algunas Máquinas Para Realizar el Ensayo de Dureza Brinell

Máquinas Analógicas

Consiste en una distribución de energía hidráulica y un circuito de control lo cual facilitará el seguimiento de carga y descarga. El método de comprensión es aceptable, y son muy adaptables para el ensayo de dureza para piezas de fundición, forjadas, duras y otras que pueden ser blandas.

Máquinas Ópticas

Los ensayos ópticos de dureza Brinell tienen un diseño similar a las análogas y también al tipo de operación de la máquina análoga. La ventaja de esta máquina se encuentra en su dispositivo óptico, el cual le permite hacer una proyección del diámetro de la indentación en una pantalla de vidrio. Además, al contar con un sistema de medición micrométrico, se conseguirá ahorra tiempo en mediciones.

Estas máquinas, también son capaces de medir piezas blandas y duras.

Equipos Computarizados

Los resultados de ensayo de dureza Brinell en estas máquinas son excelentes. Ya que se puede obtener los valores de dureza de manera directa y precisa. Otra de las razone es que cuenta con una cámara con un procesamiento avanzado, el cual le permite mostrar una captura en el monitor, y el software calcula el diámetro para luego mostrar el valor de dureza del material metálico. Este último procedimiento se puede realizar de manera manual, semiautomático o automático.

Equipos Semiautomáticos

Es un equipo muy versátil en comparación con otros. Las medidas de indentación se consiguen obtener a través de un microscopio estándar, el cual cuenta con una medición automática.

Máquinas Automáticas

Son máquinas automáticas de carga precisa. Solo se tienen que colocar las piezas, luego presionar el botón de “Start o Empezar”, luego de eso todas las operaciones se realizarán en automático. La máquina también se encarga de medir el diámetro de indentación, y al final el resultado del valor de dureza del material metálico se mostrará en la pantalla de la máquina.

El ensayo de dureza Rockwell (inventada por Stanley P. Rockwell) aparece con el fin de medir la dureza de los materiales, pero con mayor rapidez y que no cause daño a la pieza a ensayar (es decir, que sea un ensayo no-destructivo). Ya que, para ese entonces, solo se podían aplicar los ensayos de dureza Brinell y Vickers.

Pero la desventaja del Brinell estaba en sus muescas grandes y en que en algunos casos podía resultar “no ser” un ensayo “no-destructivo”. Por otro lado, estaba el ensayo Vickers que resultaba ser muy lento. Y otros ensayos de dureza que no resultaban ser adecuados o simples al momento de usarse.

Es así que apareció en ensayo de dureza Rockwell cumpliendo con las expectativas para las mediciones de dureza en comparación con otros métodos. Resultando ser más preciso, práctico, rápido y para una variedad de tamaños de piezas. Aun así, como en el resto de los métodos para la medición de dureza, habrá factores que determinarán el resultado correcto del ensayo.

Ensayo de Dureza Rockwell

Este ensayo es una prueba estática que se basa en la profundidad que queda luego de aplicar dos fuerzas. Estas fuerzas son aplicadas una después de otra, donde la profundidad de importancia, es la que queda después de retirar la segunda carga que se ha aplicado. Vea la figura de la parte inferior, donde se describe el procedimiento para el ensayo de dureza Rockwell.

Especificaciones del Ensayo de Dureza Rockwell

Para el ensayo se usa un indentador de diamante con forma de cono o también se puede usar bolas de carburo de tungsteno o acero endurecido.

Se aplican dos cargas en el ensayo. Una que es la inicial que sirve para establecer una posición cero para medir la profundidad de sangría residual.

La siguiente carga que se aplica, es la carga adicional. Esta segunda carga aplicada, se aplica durante un tiempo determinado (tiempo de permanencia).

La carga que se aplica inicialmente, se denomina fuerza menor, carga menor, fuerza previa o carga previa. Dependiendo de la bibliografía que se revise, se encontrará uno u otro nombre.

La siguiente carga que se aplica, se denomina fuerza adicional o carga adicional.

Indentadores

Diamante con forma de cono

Bolas de carburo de tungsteno de 1/16, 1/8, 1/4 o 1/2 de pulgada.

Cargas principales

Las cargas principales varían dependiendo del material a ensayar, la penetración y el indentador.

Las cargas pueden ser 15, 30, 45, 60, 100, 150kgf.

Estándares Para el Ensayo

Los estándares que se usan son dos.

1. ISO 6508
2. ASTM E 18

Tipos de Ensayos de Dureza Rockwell

Todas las escalas que existen de este ensayo son en total 30. Cada uno de estos tiene diferente tipo de penetración, fuerza principal y son adecuados para un material particular. Pero todas estas se encuentran divididas en dos tipos de ensayos de dureza Rockwell.

Ensayo Rockwell

Este es el ensayo Rockwell regular.

La carga previa siempre va a ser 10 kgf (98.1 N). En tanto la carga principal podrá ser 60, 100 o 150 kgf. Siendo 588 N, 981 N, y 1471 N respectivamente, con respecto a las fuerzas principales.

Un ejemplo de lectura seria 45 RHC. Donde 45 sería el valor de dureza, RH indica que es según la dureza Rockwell y C indica que la fuerza principal ha sido de 150kgf y con un indentador de diamante 120°.

Método Rockwell Superficial o Súper Rockwell

La carga previa será 3kgf. Mientras que la carga principal puede ser 15, 30 o 45 kgf.

Un ejemplo de lectura seria 80 HR30TW. Donde 80 significa el valor de la dureza del material, RH indica que es según la dureza Rockwell, 30 indica que la carga principal ha sido 30 y TW indica que el indentador ha sido una bola de acero de tungsteno de 1/16 de pulgada.

Procedimiento del Ensayo de Dureza Rockwell de Acuerdo a la ISO 6508

De acuerdo a la ISO 6508, para llevar a cabo la operación primero que nada se debe tener el equipo y la muestra listas y dispuestas para realizar las pruebas de dureza, con las medidas de seguridad necesarias. Y luego empezar con el ensayo siguiendo la ISO 6508.

1. H0; profundidad después de aplicar la carga previa
2. H; profundidad de la sangría residual
3. H1; profundidad máxima de la sangría o indentación después de aplicar la fuera adicional.
4. La suma de las fuerza previa con la adicional indican la fuerza principal o fuerza total.

Primer Paso Del Ensayo De Dureza Rockwell

El penetrador debe presionar en la muestra con la fuerza previa (carga previa o carga menor), hasta conseguir alcanzar la profundidad inicial en la muestra (H0). La profundidad (H0) será el punto de referencia para la medida de profundidad posterior de la sangría residual (H).

Segundo Paso

Los siguiente es aplicar la fuerza adicional (o carga adicional), durante un tiempo específico (periodo de permanencia) de acuerdo al estándar. Es así como el penetrador logra penetrar hasta una profundidad H1, la cual es la profundidad máxima de la sangría. Luego también se va a tener la fuerza total o principal, al sumar la fuerza previa con la fuerza adicional.

Tercer Paso

Una vez que se cumple el periodo de permanencia, se tiene que retirar la carga adicional también. Pero la carga previa o fuerza menor aún seguirá activo. Entonces se tendrá una profundidad permanente que será la sangría II. Y será tendrá una altura de H que es también llamada sangría residual cuya constante será e y estará expresada en unidades de 0.002 y 0.001 mm.

Observaciones del Ensayo de Dureza Rockwell

Para realizar el ensayo, el operador debe mantenerse actualizado con respecto a las normas y estándares en los cuales se define el ensayo de dureza Rockwell. Ya que es normal que estas normas y estándares tengan actualizaciones de manera periódica.

Ventajas y Desventajas del Ensayo de Dureza Rockwell

Ventajas Rockwell

Para llevar a cabo este ensayo de dureza, no es necesario una preparación de la pieza a ensayar.

El valor de dureza del material ensayado se puede leer directamente. En contraste con otros métodos que requieren una evaluación óptica.

Resulta ser una operación rápida, ya que se realiza en cuestión de segundos.

Resulta ser económico debido a que no necesitan estar equipados de sistemas ópticos como en los otros ensayos de dureza. Además, Los probadores de dureza en Rockwell son más económicos.

Una vez finalizado el ensayo, la pieza de muestra se puede usar para otros fines o repetir el ensayo, si es que fuera necesario. Ya que la operación consiste en un ensayo no destructivo.

Es ideal para para ser usada en las líneas de producción que son automatizadas.

Desventajas Del Método Rockwell

A pesar de considerarse preciso, pequeños errores en la medición pueden resultar en valores o datos erróneos de dureza.

Se debe de tener un ambiente limpio de otros materiales que resulten contaminantes, como la presencia de otras partículas de piezas o presencia de aceites.

En los ensayos de dureza, existe la posibilidad de obtener valores erróneos, para evitar ello, los penetradores o indentadores deben estar certificados y calibrados. Estos errores generalmente pueden ser causa del desgaste de la punta del indentador.

No se recomienda aplicar el ensayo de dureza rockwell en materiales cuya dureza sea relativamente alta. Ya que los valores que se van a obtener pueden ser confusos.

Este ensayo de dureza tiene un rango de carga amplio. Lo que lo convierte en una opción ideal para medir la dureza de cualquier material, y los resultados serán en escala Vickers.

Hay que tener en cuenta que al ensayo de dureza Vickers también se le conoce como un ensayo de microdureza, ya que es adecuado y se aplica principalmente en muestras o piezas que sean pequeñas o delgadas y por las características de la operación.

Ensayo de Dureza Vickers

El ensayo de dureza Vickers (Hardness Vickers HV) consiste en la aplicación de cargas controladas sobre una superficie plana y pulida, haciendo uso de un indentador de diamante que tiene la forma de pirámide y una base cuadrada.

Este tipo de ensayo está basado en una medición óptica, por lo tanto, es por ello que la superficie de la pieza a ensayar debe estar bien pulida. De esa manera se podrá medir la sangría, para luego obtener el valor de dureza del material. Las cargas que son aplicadas en el ensayo se encuentran en el rango de 10gf – 100kgf.

Especificaciones del Ensayo de Dureza Vickers

Las cargas que son aplicadas en el ensayo van a depender, si se hace un ensayo de microdureza o macrodureza. Las cargas que son aplicadas en el ensayo de dureza Vickers generalmente son ligeras. Sin embargo, también se aplican cargas pesadas en macro Vickers.

Para ensayos de tipo “micro”, las cargas están entre 10 g – 1kg.

Mientras que para los ensayos de tipo “macro”, las cargas están entre 1 kg – 100kg. Aunque algunas veces se puede alcanzar los 120kg.

El penetrador que se usa en el ensayo de dureza Vickers es de diamante y es piramidal con un ángulo de 136°.

Cálculo y Formula Para el Ensayo de Dureza Vickers

Para calcular la dureza de un material usando este ensayo se tiene que hallar el cociente de la fuerza que ha sido aplicada en el ensayo (en Newtons) con el área de la superficie de la sangría.

Además, para poder obtener el área superficial de la sangría, se usa el promedio entre las dos diagonales de la sangría. Ya que la sangría que queda del ensayo, no es perfectamente cuadrada.

Entonces la formula del ensayo de dureza vickers seria.

• HV     : Representa la dureza del material en escala de dureza Vickers
• F       : La fuerza aplicada durante el ensayo
• D       : Es el diámetro de la sangría

Los valores de dureza en la escala Vickers se encuentran entre 1 y 3000 HV. Lo que va a depender de la carga que se aplica al material ensayado.

Para nombrar la dureza de un material ensayado en base a la escala Vickers, se necesitan tres partes. Numero de dureza, dureza Vickers y el indicador de la fuerza que se ha aplicado.

Por ejemplo, si se ha ensayado un material y se obtuvo 350HV/10. Indicará que el material tiene una dureza Vickers de 350 y que la fuerza aplicada ha sido de 10kgf.

Estándares Para el Ensayo de Dureza Vickers

Los estándares en los cuales se explica y se define el ensayo de dureza Vickers son las siguientes.

1. ASTM E 384. Para rangos de carga de microdureza entre 10gf hasta 1kgf
2. ASTM E 92. Para rangos de fuerza de macro entre 1kgf hasta 120kgf
3. ISO 6507- 1,2,3 para rangos de microdureza y macrodureza entre 10gf hasta 100kgf.

Procedimiento del Ensayo de Dureza Vickers

Para llevar a cabo el ensayo, se tiene que tener la pieza lista, que debe de estar pulida para que las mediciones ópticas sean correctas.

El indentador será presionado con una carga que será controlada y precisa sobre la muestra a ensayar.

Esta carga se mantendrá durante un tiempo que se encuentra en el rango de 10 a 15 segundos. A ese tiempo se le conoce como tiempo de permanencia.

Luego de concretar el tiempo de permanencia, la carga es retirada. Entonces se tendrá una sangría (agujero, huella o impresión) con forma cuadrada en la superficie de la muestra del cual se tomarán medidas que ayudarán a determinar la dureza del material.

El sistema de medición óptico se encargará de determinar el tamaño de la sangría. Eso lo conseguirá midiendo las diagonales de la sangría cuadrada que ha quedado.

Observaciones el Ensayo de Dureza Vickers

Puesto que la mayoría de los equipos para ensayo de dureza Vickers son digitales, la dureza del material ensayado se obtiene automáticamente. Ya que todo el cálculo lo realiza la máquina. Mientras que en otras es necesario hacer los cálculos o en todo caso se puede recurrir a tablas, lo que va a facilitar el trabajo y ahorrar tiempo.

Ventajas y Desventajas del Ensayo de dureza Vickers

Ventajas Vickers

Es un ensayo que se puede aplicar a cualquier material, ya que cubre todos los rangos de dureza. Lo único que podría limitar al ensayo seria el tamaño de la pieza a ensayar, debido a las dimensiones y capacidades del instrumento de ensayo.

La cantidad de fuerzas o cargas que se pueden aplicar es muy grande. Por lo tanto, se puede adaptar para los ensayos que se vayan a realizar.

Es un ensayo de dureza no destructivo lo que le da una ventaja frente al ensayo de dureza Brinell. Eso le permite reutilizar las piezas para otros fines o repetir los ensayos.

Desventajas Vickers

La mayor de las desventajas para el ensayo de dureza Vickers se encuentra en la medición óptica del tamaño de la sangría o impresión. Ya que de ello va a depender el resultado del valor de dureza correcto.

Es un proceso lento, ya que en algunas ocasiones puede tomar 30 segundos en realizar el ensayo. Por otro lado, también se tiene que preparar la muestra.

Otra desventaja se encuentra en las máquinas que se usan para este ensayo, ya que al momento de hacer conversiones es necesario multiplicar valores y pasar de unas unidades a otras. Lo que resulta confuso al momento de su realización especialmente en el área académica.

Gracias a sus características de operación y componentes del ensayo knoop, permite ejecutar el ensayo en dichos materiales con buena precisión.

Comparación de valores de Dureza Knoop y Escala de dureza Mohs

El ensayo Knoop junto al ensayo Vickers (micro Vickers) se aplican para pruebas de micro-dureza. Ambas siguen una operación similar y elementos similares, pero también tienen grandes diferencias y ventajas la una con la otra.

Ensayo de Dureza Knoop

Es un ensayo de dureza óptico y también es conocido como ensayo de micro-dureza al igual que el ensayo Vickers. El ensayo de dureza Knoop consiste en aplicar fuerzas o cargas sobre una superficie, haciendo uso de un indentador (penetrador).

Donde las cargas que se aplican se encuentran en el rango de 1gf a 1kgf, por ello también se le conoce como un ensayo de microdureza y es una opción al ensayo de dureza Vickers.

Con respecto al indentador, se trata de un diamante piramidal que es asimétrica. Es una pirámide de cuatro lados, donde dos de las caras opuestas presentan un ángulo de 170° 30’ y las otras dos de 130°. Lo cual es diferente con el indentador que se usa en el ensayo de dureza Vickers.

El ensayo de dureza Knoop generalmente se usa para ensayar piezas pequeñas y delgadas. Sobre todo, fue diseñada para medir materiales que son duros, frágiles y quebradizos tales como el vidrio, la cerámica, materiales metálicos e incluso se cree que es la más apropiada para medir la dureza de diamantes.

Formula Del Ensayo de Dureza Knoop

El valor de dureza Knoop viene determinada por el cociente de la fuerza que ha sido aplicada y la longitud mayor de la sangría.

HK es la dureza Knoop (Hardness Knoop)

F  es la fuerza que se ha aplicado durante la operación.

L es la longitud de la sangría.

Lectura de la Dureza Knoop

La nomenclatura del ensayo de dureza Knoop está compuesta por tres partes. El valor número de dureza, las letras HK que indican que se trata de dureza según Knoop, y finalmente la carga aplicada en la operación.

Un ejemplo de dureza Knoop seria 850HK0.5. Entonces se podría decir que el material ensayado tiene una dureza de 850 según ensayo de dureza Knoop, y que ha sido probada con una carga de 0.5 kgf.

Estándares y Cargas de Aplicación Para el Ensayo De Dureza Knoop

En el ensayo de micro-dureza Knoop se debe evitar el ensayo en piezas que tengan longitudes diagonales menores a 20um, porque eso causará errores en los resultados de medición.

Los estándares en los cuales se aplica y se define el ensayo de dureza Knoop son los siguientes.

1. ISO 4545: Las cargas oscilan entre 1gf hasta 1kgf.
2. ASTM E384: Las cargas se encuentran entre 1gf hasta 1kgf.

Especificaciones del Ensayo de Dureza Knoop

Indentador De La Prueba Knoop

El indentador (penetrador) cuenta con dos diagonales diferentes. Están diseñados para materiales frágiles y por eso la penetración debe ser menor, por lo tanto, la profundidad de la sangría en el ensayo Knoop es aproximadamente la mitad del ensayo Vickers.

Los ángulos de las caras opuestas son:

1. Angulo de 130 °
2. Angulo 170.5 °

El indentador del método Knoop produce una muesca en forma de rombo. Las diagonales de la forma de la muesca guardan una relación aproximada de 7 a 1.

Cargas Aplicadas En El Ensayo Knoop

Las cargas que se aplican, deben encontrarse en el rango de fuerzas que están especificadas en los estándares en los que se define el ensayo Knoop.

Ejemplos De Dureza Knoop De Algunos Materiales

1. Los plásticos llegan a tener una dureza knoop de 22 HK. En comparación con el talco que tendría aproximadamente 20 HK.
2. Una lámina de oro llega a tener 69 HK.
3. El aluminio tiene una dureza aproximada de 125 HK.
4. La dureza Knoop del hierro fundido se encuentra en 310 HK.
5. El esmalte dental tiene una dureza aproximada de 343 HK.
6. La dureza Knoop del cuarzo es de 820 HK.
7. La dureza Knoop del carburo de silicio es de 2480 HK.
8. Con respecto al diamante, su dureza en la escala Knoop es de 7000 HK.

Tabla De Valores De Dureza Knoop vs La Escala De Mohs

Procedimiento del Ensayo de Dureza Knoop

Lo primero es preparar la superficie de la muestra o la pieza que se va a ensayar. Al ser un ensayo de microdureza, la superficie debe estar pulida, por lo que en algunos casos debe electro pulirse.

Para la operación del ensayo, la pieza se dispone en el probador de dureza Knoop. Donde el indentador será presionado mediante cargas controladas sobre la superficie de la muestra.

La carga aplicada se mantendrá durante un tiempo específico que se encuentra en un rango de 10 a 15 segundos, algo que se ve muy poco en la práctica. Este tiempo se le conoce como tiempo de permanencia.

Una vez que se ha concluido el tiempo de permanencia. Se elimina la carga aplicada y se retira el indentador.

Al retirar el indentador, en la superficie de la muestra se tendrá una sangría (agujero, impresión o huella). Entonces el tamaño de la sangría será determinado con el sistema de medición óptico del equipo, que va medir la diagonal más larga de la sangría.

Ventajas y Desventajas del Ensayo de Dureza Knoop

Ventajas Del Método Knoop

Es una prueba que se puede aplicar a cualquier material, desde materiales blandos como el aluminio, hasta los materiales duros.

Genera un solo tipo de sangría, en comparación con otros ensayos de dureza, que usan diferentes indentadores, como el ensayo de dureza Rockwell.

Para los ensayos de microdureza, resulta ser más precisa que ensayo de dureza Vickers. Ya que la diagonal de la sangría de medición para el ensayo Knoop, es más larga, en cualquier profundidad.

Es un ensayo no destructivo y causa menores daños en la superficie de la muestra en comparación con el ensayo Vickers. El riesgo de formación de grietas también es menor.

Resulta ser un ensayo de dureza más adecuado para materiales que sean pequeños, delgados, frágiles, quebradizos como vidrio y cerámicos.

Desventajas del Ensayo de Dureza Knoop

Al ser un ensayo con un sistema de medición óptico, la superficie de la muestra debe de ser buena y debe estar bien preparada.

Además, el microscopio para la medición debe de ser de alta potencia para poder determinar y medir la diagonal y el tamaño de la sangría. Por lo que, equiparlos resulta ser más costoso en comparación con otros ensayos de dureza.

Es una operación lenta, ya que además del tiempo de permanencia, involucra tiempo para la preparación de la muestra. Lo que lo pone en desventaja frente a otros ensayos de dureza, como el ensayo Rockwell.

Estructura De Los Sólidos Cristalinos

Los sólidos cristalinos o cristales son aquellos cuerpos en los que sus átomos presentan un ordenamiento regular y periódico y que además se repite a lo largo de sus tres dimensiones espaciales. Es decir, los átomos están unidos a lado de sus átomos vecinos creando un patrón tridimensional repetitivo.

A la estructura de estos sólidos cristalinos, también se le conoce como “red cristalina”. Al ser un ordenamiento tridimensional repetitivo entonces se le puede representar mediante estructuras más pequeñas que a su vez sean idénticas. Las mismas que al ser unidas, van a construir la estructura cristalina del cristal. A esa pequeña unidad repetitiva se le llama “celda unitaria”.

Esta forma de estructura cristalina está presente en muchos sólidos. Además, la estructura cristalina es una característica de los materiales metálicos y otros materiales sólidos como los cerámicos y otros tantos polímeros.

Celdas Unitarias En Los Sólidos Cristalinos

Las celdas unitarias son las pequeñas unidades estructurales de las estructuras cristalinas. Es decir, es un pequeño grupo de átomos que se encuentran dispuestos bajo un patrón tridimensional el cual se ira repitiendo en toda la estructura de los sólidos cristalinos.

Una manera fácil poder comprender que son las celdas unitarias, es dividir toda la estructura cristalina de los sólidos hasta encontrar al pequeño grupo de átomos que han formado toda la estructura cristalina.

Estas pequeñas celdas unitarias que se irán repitiendo a lo largo de toda la estructura cristalina de los sólidos, suelen tener estructura geométrica de cubos, prismas y paralelepípedos en la mayoría de los casos. Y los átomos se encuentran dispuestos tanto en las esquinas y los centros de las caras de la celda unitaria y también en los centros de la misma celda unitaria, a lo largo de toda la estructura de los sólidos cristalinos.

Entonces una celda unitaria vendría a ser la unidad estructural con la que se va a edificar una estructura cristalina siguiendo los patrones y distribución geométrica de la celda unitaria.

Por otro lado, la estructura cristalina sería el apilamiento o agrupamiento de muchas celdas unitarias.

Tipos De Celdas Unitarias En Las Estructura De Los Sólidos Cristalinos

También se debe de saber que solo existen pocos sistemas de cristal, y todos los cristales o sólidos que tienen estructura cristalina poseen celdas unitarias que caen en alguno de estos sistemas cristalinos. Estos sistemas cristalinos son los siguientes:

1. Triclínico
2. Monoclínico
3. Ortorrómbico
4. Tetragonal
5. Trigonal
6. Hexagonal
7. Cúbico

Sistemas Cristalinos Y Redes de Bravais

Dentro de las redes de Bravais se pueden encontrar un total de 14 tipos de celdas unitarias. Las cuales a su vez son un subgrupo de 7 tipos de sistemas cristalinos.

Como ya vimos, de los 7 tipos de sistemas cristalinos, 14 tipos de celdas unitarias que básicamente cualquier solido cristalino va a tener.

De ese total de 14 tipos de celdas unitarias, los tipos de celdas unitarias más comunes que presentan los cristales son:

1. Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo (BCC).
2. Estructura cristalina cúbico centrado en las caras (FCC)
3. Y las de estructura cristalina hexagonal compacta (HCP)

Estructura Cristalina Cúbico Centrado en las Caras

Este tipo estructura cristalina se presenta en una gran cantidad de metales como el cobre, aluminio, la playa, oro y otros. Generalmente solo se le llama estructura FCC, por su nombre en inglés Face Centered Cubic.

Los átomos dentro de estas celdas unitarias se encuentran ubicadas en las esquinas y en las caras de la celda. Donde los átomos de las esquinas son compartidos por 8 celdas unitarias, y los átomos de las caras son compartidas por 2 celdas unitarias.

Estructura Cristalina Cúbico Centrado en el Cuerpo

Otro caso de estructura cristalina que se presenta en la mayoría de los sólidos metálicos cristalinos. Se le suele conocer directamente como estructura BCC por su nombre en inglés Body Center Cubic.

Este tipo de celdas unitarias consta de átomos que se ubican en las esquinas de las celdas unitarias como en el centro de la celda. Donde solo los átomos de las celdas unitarias son compartidos con otras 8 celdas unitarias, mientras que un átomo permanece entero en el centro de la celda unitaria.

Estructura Cristalina Hexagonal Compacto

Este tipo de estructura cristalina es otro de las pocas estructuras cristalinas comunes entre los sólidos metálicos cristalinos. Su nombre en inglés es Hexagonal Close Packed (HCP).

Este tipo de celda unitaria consta de átomos que se encuentran dispuestos en las esquinas del prisma hexagonal, también hay átomos que se encuentran en las bases inferior y superior. Además, en la parte media del prisma también se encuentran 3 átomos que se encuentran distribuidos de manera alterna.

Esta imagen representaría la distribución de los átomos en una celda unitaria de tipo hexagonal compacta.

Corrosión Intergranular

La corrosión intergranular es un tipo de corrosión localizada que se da en los límites de grano o en zonas cercanas a los límites de grano del metal. Y es una de las formas de corrosión más graves.

¿Cómo Ocurre la Corrosión Intergranular?

Todo tipo de corrosión localizada son siempre el producto de una composición heterogénea. La corrosión intergranular llega a suceder en los límites de grano o zonas adyacentes donde hay la presencia de alguna impureza. Y también ocurre por el exceso o la escasez de uno de sus elementos de aleación. O por la escasez del elemento de resistencia a la corrosión.

Al existir un desequilibrio en su zona cristalográfica y presentar una composición heterogénea, existe una diferencia de potencial entre los granos y los límites de grano del metal.

Entonces los límites de grano del metal actúan como un ánodo mientras que los granos actúan como cátodos.

Además, los límites de grano son zonas que presentan más energía que las zonas de los granos y por lo tanto son químicamente más activas. Es debido a ello que los límites de grano son atacados con mayor rapidez y se produce la corrosión de los metales.

Tipos De Corrosión Intergranular

La sensibilización consiste en la perdida de la integridad de la aleación, y se debe a la disminución del cromo por la precipitación de carburos de cromo en los límites de grano. Esto provoca que el metal o la aleación se vean susceptibles a la corrosión intergranular.

Para que pueda existir la sensibilización, es necesario que se vean involucrados la temperatura, tiempo y composición.

La sensibilización también puede tener lugar durante el proceso de soldadura, o un tratamiento térmico de los metales.

a) Decaimiento de Soldadura (Weld Decay)

Este tipo de corrosión intergranular se da principalmente por la sensibilización en la zona afectada por el calor (Heat Affected Zone HAZ), durante el proceso de soldadura. La corrosión de este tipo se presenta en mayormente en los aceros inoxidables no-estabilizados y en algunas aleaciones de níquel.

Esta corrosión se desarrolla a una distancia apreciable un poco alejada de la zona de soldadura.

b) Ataque de Línea de Cuchillo (Knife Line Attack KLA)

La corrosión de este tipo se desarrolla en las zonas adyacentes a la soldadura.

Es una forma de corrosión intergranular de una aleación. Generalmente sucede en aceros inoxidables estabilizados.

Las causas para que ocurra este tipo de corrosión intergranular son:

El metal base adyacente a la línea de fusión es calentada a una temperatura que se encuentra en un rango en la que sensibiliza.

Calentamiento del acero estabilizado en un rango de 510 a 760 grados centígrados.

Ejemplos De Corrosión Intergranular en los Metales

Este tipo de corrosión generalmente se da en los metales de aluminio, cobre y de acero inoxidable.

Cantidades de hierro pequeñas en los metales de aluminio.

La escasez del cromo en los límites de grano de los aceros inoxidables austeníticos.

Escasez de cobre puede provocar corrosión intergranular en los límites de grano de las aleaciones de duraluminio.

Las aleaciones de níquel también sufren corrosión intergranular cuando se sensibiliza calentando en un rango de 500 a 700 grados centígrados.

Consecuencias de la corrosión Intergranular

La corrosión intergranular tiene mucho efecto sobre las propiedades mecánicas de los materiales o de los metales, y es muy importante debido a que pequeños ataques de corrosión pueden llegar a desintegrar por completo a los metales.

Las principales propiedades mecánicas sobre las cuales tiene efecto la corrosión intergranular son la perdida de la fuerza y la ductilidad.

La corrosión de este tipo con frecuencia causa un ataque rápido y profundo en los metales lo que finalmente causara la falla de los mismos.

Prevención de la Corrosión Intergranular

Para el caso de los aceros inoxidables, las principales formas de poder prevenir la corrosión intergranular tienen que ver con el control de la formación de carburos.

Reducir el contenido de carbono para evitar la formación de carburos y evitar la corrosión. En estos casos el contenido de carbón se reduce abajo del 0.03 %.

Adicionar elementos que puedan formar carburos estables para evitar la precipitación de carburos de cromo. Los elementos que se añaden son el titanio y el niobio.