¿Qué es la dureza del material? Cómo comparar diferentes materiales de ingeniería

El proceso de desarrollo de productos abarca varios procesos menores, y la selección de materiales es el más esencial entre ellos.

Cada material tiene diferentes propiedades y capacidades mecánicas. Y para elegir el material correcto, debe determinar el tipo de condiciones de carga que experimentará su pieza. Por ejemplo, si está buscando diseñar una pieza (o ensamblaje) que haga contacto con otros componentes o experimente una carga de impacto, entonces desea elegir un material con suficiente dureza.

Pero, ¿qué es exactamente la dureza del material y cómo se mide? Este artículo responde estas preguntas y más.

¿Qué es la dureza del material?

Dureza del material es la capacidad de un material para resistir la deformación plástica localizada debido a las cargas aplicadas concentradas.

Míralo de esta manera. Cuando decimos que un material tiene un alto grado de dureza, simplemente significa que el material puede conservar su forma en presencia de fuerzas externas como arañazos, hendiduras y abrasión. Por lo tanto, materiales como el titanio y el diamante tendrían un mayor grado de dureza que el plástico.

Al comparar diamantes y plásticos, probablemente sepa qué material tiene mayor dureza por intuición. Pero cuando desea elegir entre metales (o aleaciones) estrechamente relacionados, casi siempre es imposible hacer una suposición correcta a menos que realice una prueba de dureza en ellos.

Hay varios métodos para probar la dureza del material. Pero antes de discutir estos métodos, es esencial que primero comprenda los tipos de dureza del material.

Tipos de dureza del material

Estos son los tres tipos de dureza del material:

1. Dureza de indentación
2. Dureza al rayado
3. Dureza de rebote

Dureza de indentación se refiere a la resistencia de un material a la deformación permanente cuando se somete a una carga continua. Por el contrario, dureza al rayado describe la capacidad de un material para resistir el rayado de su superficie debido al contacto con otro metal. Por último, dureza de rebote está relacionado con la elasticidad del material; describe la capacidad de un material para absorber la energía del impacto.

Una vez que sepa el tipo de condiciones de carga (o ambientales) que experimentará su pieza, puede considerar cualquiera de los siguientes métodos de prueba de dureza para comparar sus opciones de materiales. Si tiene el equipo necesario, puede completar estas pruebas. O puede confiar en la información de sus proveedores y recursos en línea como Matweb que enumeran las propiedades de varios materiales.

Cómo probar la dureza de los materiales:4 métodos de prueba

Método #1 La prueba de Brinell

Un probador de dureza Brinell de Wikimedia Commons.

La prueba Brinell mide la dureza de indentación de un material. . Este método de prueba utiliza un indentador (generalmente una bola de acero endurecido) para crear una impresión en una pieza de prueba. En este método de prueba, sostendrá el penetrador en su lugar antes de aplicar una fuerza predefinida en la bola (y la superficie del material) durante un período específico.

A continuación, asigne un número de dureza Brinell al material según el tamaño de la muesca que se forme en él. Puede medir la sangría usando un microscopio y calcular el número de dureza Brinell usando:

Dónde:
HB =dureza Brinell (kg/mm2)
P =Fuerza (medida en Newton)
D =Diámetro del penetrador (medido en milímetros)
d =diámetro de la muesca (medido en milímetros)

Sin embargo, tenga en cuenta que la fuerza predefinida que aplicará en el indentador depende del material que desee probar. Por ejemplo, los expertos en control de calidad suelen utilizar una carga estándar de 3000 kg (o 30 000 N) para metales duros como el hierro y el acero. Por el contrario, debe aplicar una carga de 500 kg (o 5000 N) para materiales más blandos como el cobre y el latón.

Método #2 Prueba de dureza Rockwell

Operador realizando una prueba de dureza Rockwell

Al igual que la prueba de dureza Brinell, la prueba de dureza Rockwell también se utiliza para la dureza de indentación medición y generalmente implica el uso de un indentador (generalmente una bola de acero o un cono esférico con punta de diamante).

Sin embargo, en la prueba de dureza Brinell, mantiene el penetrador en su lugar aplicando una carga menor (típicamente 10 kg o 100 N) antes de aplicar la carga de prueba principal. Luego, al quitar la carga principal, mida la profundidad de la muesca mientras la carga menor todavía está encendida.

El número de dureza se puede leer usando diferentes escalas de dureza Rockwell (A, B, C, etc.). La escala ideal depende del tipo de indentador utilizado y de la carga de prueba aplicada al material. Por ejemplo, supongamos que desea medir la dureza de las aleaciones de acero; tendría que usar un indentador de cono de diamante con hasta 140 kg de carga mayor. En tal escenario, leerá el número de dureza en la escala "C".

Para metales más blandos como las aleaciones de cobre, los expertos en control de calidad usan una bola de acero diamantado (con hasta 100 kg de carga principal) y leen el número de dureza en la escala "B".

Método #3 Prueba de dureza de Mohs

La prueba de dureza de Mohs es ideal para medir la resistencia al rayado de un material En este método de prueba, se raspa la superficie del material que se va a probar utilizando un material de referencia con una dureza predefinida. El valor de dureza se expresa mediante la escala de Mohs, que se compone de 10 minerales a los que se les han asignado valores de dureza arbitrarios.

Vea la tabla completa de dureza de Mohs en Alan's Factory Outlet

Alan's Factory Outlet tiene una tabla de dureza de Mohs (captura de pantalla anterior) en la que puede ver ejemplos de la resistencia al rayado de varios metales.

Prueba de dureza del escleroscopio Shore del método n.º 4

El escleroscopio Shore es un dispositivo que se utiliza para medir la dureza de rebote de un material. . El dispositivo cuenta con un tubo de vidrio graduado montado en un soporte. Para determinar la dureza de rebote de su material, dejará caer un martillo con punta de diamante a través del tubo de vidrio sobre el material.

Representación esquemática del escleroscopio de Shore montado en un trípode. De Wikimedia Commons.

El valor de la dureza es proporcional a la altura a la que rebota el martillo después de golpear la probeta. Por ejemplo, un material con mayor dureza provoca una mayor altura de rebote que un material con menor grado de dureza.

Prueba de dureza de materiales y desarrollo de productos:Servicios de mecanizado de precisión de Gensun

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