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Materiales de Ingeniería (página 2)



Partes: 1, 2

 

Dureza

Es la resistencia de un
material a ser marcado por otro. Se prefiere el uso de materiales
duros cuando éstos deben resistir el roce con otros
elementos. Es el caso de las herramientas
de construcción (palas, carretillas, pisos,
tolvas). El ensayo es
realizado con indentadores en forma de esferas, pirámides
o conos.

Estos elementos se cargan contra el material y se
procede a medir el tamaño de la huella que dejan. Es
un ensayo
fácil y no destructivo; puede realizarse en cualquier
sitio, ya que existen durímetros fácilmente
transportables. Una de las ventajas del ensayo de
dureza es que los valores
entregados pueden usarse para hacer una estimación de la
resistencia a la tracción.

A continuación se mencionan las
metodologías existentes para evaluar la dureza:

Tipos de dureza

  1. Dureza al rayado: Resistencia que opone un material a
    dejarse rayar por otro.
  • Dureza Mohs (mineralógica).
  • Dureza Martens.
  • Dureza Lima.
  1. Dureza a la penetración: Resistencia que opone
    un material a dejarse penetrar por otro más
    duro.
  • Herziana.
  • Monotrón.
  • HBS
  • HR.
  • HV.
  1. Dureza MOHS: Se usa para determinar la dureza
    de los minerales. Se
    basa en que un cuerpo es rayado por otro más duro.
    Esta es la escala de
    Mohs:

    1 – Talco 6 – Feldespato (Ortosa)

    2 – Yeso 7 – Cuarzo

    3 – Calcita 8 – Topacio

    4 – Fluorita 9 – Corindón

    5 – Apatita 10 – Diamante

    La fundición gris esta entre 8 y 9; el
    hierro
    dulce en el 5; y los aceros entre 6,7 y 8.

    Dureza MARTENS: Se basa en la medida de la
    anchura de la raya que produce en el material una punta de
    diamante de forma piramidal y de ángulo en el
    vértice de 90°, con una carga constante y
    determinada. Se aplica sobre superficies nitruradas. Se mide
    "a" en micras y la dureza Martens viene dada por:

    Figura 1

    Dureza a la lima: Se usa en industria.
    En todo material templado la lima no "entra". Dependiendo de
    si la lima entra o no entra sabremos:

    No entra, el material raya a la lima;
    Dureza mayor de 60 HRC

    Entra, la lima raya al material;
    Dureza menor de 60 HRC

  2. Dureza al Rayado
  3. Dureza a la penetración

Dureza HERZIANA: Viene determinada por la menor
carga que hay que aplicar a un material (con Bolas de 1,5 a 4 mm.
De acero extraduro)
para que deje la huella.

Dureza MONOTRON: Es una variante de la dureza
Herziana. Viene expresada por la carga que hay que aplicar para
producir una penetración de 0,0018 pulgadas. El penetrador
es una semiesfera de diamante de ø0,75 mm. Tiene dos
dispositivos, uno que da la carga aplicada y un sensor que para
el ensayo cuando la penetración es de 0,0018".

Dureza BRINELL (HBS): Este método
consiste en comprimir una bola de acero templado, de un
diámetro determinado, sobre un material a ensayar, por
medio de una carga y durante un tiempo
también conocido.

Figura 2

D = diámetro de la bola

d = diámetro de la
huella

 

El valor de la
carga P viene dado por: P = K D2, donde K=cte. de ensayo. El
tiempo de ensayo es t=10 – 15 seg. Según normas UNE. Los
valores de K
para algunos materiales son:

Aceros y elementos siderúrgicos: K=30;

Cobres, Bronces, Latones: K=10;

Aluminio y aleaciones:
K=5;

Materiales blandos (Sn, Pb): K=2,5;

No se utilizan los ensayos
Brinell para durezas superiores a 500 (aceros templados), porque
se deforman las bolas.

Nomenclatura: XXX HBS (D/P/t) Ej. 156 HBS
10/3000/15

Dureza ROCKWELL (HRx): El método Rockwell
se basa en la resistencia que oponen los materiales a se
penetrados, se determina la dureza en función de
la profundidad de la huella. Permite medir durezas en aceros
templados.

Los ensayos se pueden realizar con 2 tipos de
penetradores:

  • Bolas de 1/8" y 1/16"
  • Conos de 120° ángulo en el
    vértice.

Las cargas vienen dadas por el tipo de dureza Rockwell a
realizar (en Kg.). Los tipos de dureza Rockwell y sus respectivas
cargas y penetradores son las siguientes:

Tabla 1

Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica
la carga previa (10 ó 3 Kp); y posteriormente se mete el
resto de la carga. A partir de introducir la carga adicional se
mide la dureza.

Nomenclatura: XXX HRx t XXX HRS
P/t

Ventajas del método Rockwell:

– Método rápido y preciso, no necesita de
operarios especializados.

– Huellas más pequeñas que el
método Brinell.

– Inconveniente tiene que si el material no asienta
perfectamente, las medidas resultan falseadas.

– Prueba de dureza para aceros templados.

Dureza VICKERS (HV): El método Vickers se
deriva directamente del método Brinell. Se emplea en
muchos laboratorios y en particular para piezas delgadas y
templadas, con espesores mínimos hasta de 0,2
mm.

Se utiliza como penetrador una punta piramidal de base
cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de
136°. Este ángulo se eligió para que la bola
Brinell quedase circunscrita al cono en el borde de la huella. La
dureza Vickers viene dada por: HV = P/S [Kg/mm] donde S es la
superficie de la impronta y P la carga aplicada.

Ponemos la fórmula en función de la
diagonal "d":

Ventajas del método Vickers:

1. Las huellas Vickers son comparables entre sí;
independientes de las cargas.

2. Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde
muy blandos hasta muy duros, llegándose hasta 1.150
HV.

3. Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas
pequeñas, hasta espesores de orden de 0,05mm.

4. Puede medirse dureza superficial. (Para determinar
recubrimientos de los materiales)

5. La escala Vickers es más detallada que la
Rockwell; 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell

La expresión para la dureza Vickers:

Dureza KNOOP (HK): Se usa para durezas normales
(P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y micro durezas (P=10
gr-500 gr.).

El penetrador esta hecho con una pirámide
rómbica con relación entre diagonales de 1:7. Sus
ángulos entre aristas son a = 130° y b =
172°30’; de donde obtenemos:

El método Knoop se emplea sólo en laboratorio,
para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de
depósitos electrolíticos.

CONFRONTACIÓN DE DATOS

En base a la información antes mencionada estableceremos
las diferencias en las metodologías o prueba para evaluar
la dureza

Tabla 2

Aleación

Dureza Brinell

T.S

Acero al carbono

235

750

acero de baja
aleación

220

800

c. acero inoxidable

250

800

Superaleación
ferrosa

250

800

Hierro dúctil

167

461

Aluminio

40

150

Magencio5

73

290

Bronce aluminio

165

652

Tabla 3 brinell/T.S

Propiedades

Nylotec®

Policarbonato
Lexan®

Poliestireno

Polietileno Alta
Densidad

Polipropileno

Poliuretano

1-Resistencia a la
tracción

1100 – 14000

8000 – 9500

1500 – 7000

3100 – 5500

4300 – 5500

175 – 10000

2-Dureza Rockwell

R95 – R120

M70 – 78
R115 – 125

M10 – 80
R30 – 100

D 60 – 70
shore

R8 – 1100

10A – 90D
shore

Propiedades

Polytec
1000® (Acetal)

P.V.C.
Flexible

P.V.C.
Rígido

Teflón®

1-Resistencia a la
tracción

8800

1500 – 3500

6000 – 7500

2000 – 5000

2-Dureza Rockwell

M70 – 80

50 – 100
shore A

D65 – 85
shore

D50 – 55
shore

Propiedades

Norma
ASTM

Unidad

Acrílico

UHMW
1900

NYLON

NYLON
6.6®

1-Resistencia a la
tracción

D 638

P.S.I

8000 – 11000

2500 – 3500

11800 – 10000y

12000 – 11000y

2-Dureza Rockwell

D 785

M80 – M100

D60 – 70
Shore

R119

R120 – M83

TABLA 4 ROCKWELL/t.s

CONCLUSIÓN

Como bien sabemos la dureza es la resistencia que
presentan los materiales para ser penetrados, considerando que
esta es una propiedad de
los materiales, la cuál le permite al material ser
seleccionado para su uso en la industria principalmente. La
dureza Brinell es un método el cual nos permite determinar
la dureza de un material. Utilizando en esta práctica un
material blando aplicando aproximadamente una carga 500 Kg,
utilizando un penetrado de bola de 0.10 mm; presionando sobre
este el material en un tiempo aproximado de 60 a120 segundos. La
dureza Brinell fue de 109.76 Kg / mm2 y la profundidad
de penetración fue de 0.1450mm, relativamente muy
pequeña; por tanto el material es considerando como uno
muy duro, y el espesor de la pieza, se considera como 10 veces la
profundidad de la penetración.

BIBLIOGRAFÍA

  • Ciencia e ingeniería de materiales
    ASKELAND
  • Propiedades mecánicas de los materiales SENA,
    NOE PEÑA

 

 

 

Autor:

Tony González Vargas

Estudiante de 4to semestre de ingeniería
mecánica

Graduado del sena en mecánica de aviación

 

Partes: 1, 2
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