Todo lo que necesita saber sobre la dureza de los materiales

La idoneidad del material utilizado para una pieza es muy importante para que la pieza pueda funcionar en el entorno previsto. Uno de esos materiales que determina la idoneidad de un material para el proyecto es la dureza del material. Determina si su proyecto requiere un material de alta dureza como el acero o materiales más blandos.

Todos sabemos que el uso de materiales incorrectos en un proyecto podría tener un efecto desastroso, especialmente cuando la pieza producida es parte de un proyecto más grande. Por lo tanto, es indispensable evaluar la dureza de su material antes de la producción.

Si necesita una sustancia que pueda soportar una gran mella o abrasión sin deformarse, debe optar por materiales duros. Sin embargo, los materiales con alta dureza no son necesariamente adecuados para todos los proyectos. Debe consultar a una empresa experta en mecanizado para saber cuál es el adecuado para su proyecto.

¿Qué es la dureza del material?

La dureza del material es la capacidad de un material para resistir la fuerza sin deformación, rayado, penetración ni hendidura. En otras palabras, es la capacidad de un material para mantener sus características físicas incluso frente a la fuerza aplicada.

La dureza varía entre muchos materiales con materiales como el acero que tienen mayor dureza en comparación con otros como el estaño. Algunos otros materiales no metálicos como la madera y los plásticos también poseen características de metal blando.

La dureza de los materiales depende de varios factores, como su plasticidad, rigidez elástica, ductilidad, tenacidad, deformación, resistencia, viscoelasticidad y viscosidad.

¿Cuáles son los diferentes tipos de dureza del material?

Los materiales se comportan de manera diferente bajo diferentes condiciones. Por ejemplo, un material puede soportar un gran impacto único pero no puede soportar una carga continua. Por lo tanto, debe realizar la dureza del material para que se adapte a las necesidades de su proyecto.

Podemos categorizar la dureza del material en tres. Los materiales tienen diferentes valores bajo estos diferentes tipos de dureza. Incluyen:

• Dureza al rayado
• Dureza de rebote
• Dureza de indentación

Dureza al rayado

Los maquinistas definen la dureza al rayado como la capacidad de un material para resistir los arañazos en la superficie. Los arañazos son líneas estrechas y continuas en la superficie de los materiales. Cuando un material afilado y más rígido roza la superficie de un material más blando, provoca arañazos en la superficie de dichos materiales.

Los maquinistas utilizan pruebas de rayado para materiales frágiles como la cerámica. Es posible que algunos materiales no alcancen la deformación plástica, pero no resisten los arañazos. Algunos diseños son sensibles al rayado; por lo tanto, necesita un material con una alta dureza al rayado.

Por ejemplo, ciertas partes de una máquina pueden requerir fricción. Usar un material con una baja dureza al rayado, en ese caso, puede no ser lo suficientemente bueno. Esto se debe a que, con un poco de fricción, el material puede perder su superficie lisa y eventualmente afectar la funcionalidad general de la máquina. Eso significa que tiene que gastar más en reparaciones a menudo. Puede evitar esto realizando una prueba de dureza al rayado para saber si el material resistirá la fricción y no perderá su superficie lisa.

Dureza de rebote

Un sinónimo de esto es dureza dinámica, y es más dureza elástica que dureza plástica. Dureza elástica significa que un material no se deforma permanentemente. Solo pierde su forma cuando hay la aplicación de una fuerza externa. Una vez que se elimina la fuerza externa, automáticamente recupera su forma original. Este no es el caso de la deformación plástica, donde el material no puede recuperar su forma original. Por lo tanto, la dureza de rebote es más una dureza elástica.

La dureza de rebote requiere que el material absorba la energía del impacto y la devuelva al penetrador. Los maquinistas usan un indentador para probar la dureza de rebote. El material utilizado como indentador ya tiene una dureza conocida que los maquinistas comparan con la del material medido.

Puede medir el rebote o la dureza dinámica de un material dejando caer un martillo con punta de diamante sobre él. Luego miden el límite del martillo después de golpear la superficie. Si el martillo vuelve más cerca de la altura de caída original, el material tiene un alto valor de dureza de rebote. Por otro lado, si el martillo no se acercó a la altura de caída, el material tiene una dureza de rebote baja.

Dureza de indentación

Los maquinistas usan la dureza de indentación para determinar la dureza de un material a la deformación. Requiere indentar el material examinado con una carga continua hasta formar una impresión. Los maquinistas realizan pruebas de dureza de indentación en escalas microscópicas y macroscópicas, según el material probado y el propósito al que debe servir.

Cuando los ingenieros y los metalúrgicos hablan sobre la dureza del material, a menudo se refieren a la dureza por indentación. Medir el valor de indentación del material le ayuda a saber cuánta carga puede soportar el material antes de que se deforme.

¿Con qué unidad se mide la dureza del material?

Algunos maquinistas a menudo confunden las unidades SI de dureza con las de presión. El primero tiene una unidad SI de N/mm², también llamada unidad Pascal. Este último, por otro lado, tiene una unidad SI de (N/m2, o kg·m−1·s−2).

Cada uno de los diferentes tipos de dureza discutidos anteriormente tiene diferentes escalas de medición. Las unidades se derivan de cada método de medición; por lo tanto, no son adecuados para la comparación directa. Sin embargo, hay una tabla de conversión que puede usar para comparar. Decimos "administrar" porque la comparación no puede ser 100 % precisa, pero brinda una indicación adecuada.

Algunas unidades comunes para medir la dureza incluyen el número de dureza Brinell (HB), el número de dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC, etc.), el valor de dureza Leeb (HLD, HLS, HLE, etc.) y el número de dureza Vickers (HV). Hicimos una comparación de los métodos de medición en la siguiente tabla.

Cómo probar la dureza del material

Cada tipo de dureza del material se mide de manera diferente. A continuación se muestra cómo probar cada tipo de dureza:

La prueba de Brinnel

Esta es una prueba de dureza común que utilizan los maquinistas. Primero, los maquinistas se familiarizan con la máquina de prueba. Hace todos los ajustes necesarios en el monitor antes de realizar la prueba.

El principio aquí consiste en utilizar una bola de acero de 10 mm de diámetro para crear una impresión en la pieza de prueba. Luego se calcula la impresión para conocer el número de dureza Brinnel del material.

La máquina baja la bola sobre el material para formar una muesca y se deja durante unos 30 segundos. El maquinista luego aplica una fuerza a la bola. El tipo de metal bajo prueba determina la fuerza aplicada.

Algunos metales pueden requerir una carga de 500 Kg, mientras que otros pueden requerir hasta 3000 Kg, que es la carga estándar. Si se quita el indentador, el ingeniero mide su tamaño observándolo con un microscopio de baja potencia. Recorta otras áreas y calcula el promedio de las medidas en ángulo recto.

Después de completar la prueba, los maquinistas calculan el número de dureza utilizando la fórmula de cálculo de dureza Brinell.

donde,

F - fuerza, N

D:diámetro del penetrador, mm

d – diámetro de la muesca, mm

Prueba de dureza Rockwell

Este es otro tipo común de prueba de dureza. El tipo de material probado determina el tipo de escala utilizada.

Hay 30 escalas diferentes para elegir; por lo tanto, puede seleccionar cualquiera adecuado para su material. Sin embargo, las escalas más utilizadas son "B" y "C".

El probador aplica primero una carga menor antes de aplicar la carga de prueba. La carga menor ayuda a fijar adecuadamente el indentador en la muestra de prueba y elimina cualquier forma de irregularidad en la superficie para obtener un resultado más preciso.

Luego baja el indentador en el material para crear una impresión aplicando la carga principal. Mide la impresión para determinar la dureza. Luego, el probador determina la dimensión de sangría aumentada calculando el valor de dureza.

La fórmula de la dureza Rockwell es:

donde,

N:factor de escala según la escala utilizada

s – factor de escala dependiendo de la escala utilizada

d:la profundidad de la muesca permanente en comparación con una carga menor, mm

Prueba de dureza Vickers

Este es otro método para medir la dureza. Es más adecuado para materiales blandos que requieren menos cargas. Por lo tanto, si necesita una mayor precisión para sus materiales blandos, la prueba de Vickers es la mejor para usted.

Vickers utiliza un solo indentador de diamante para todos los materiales, lo que facilita sus cálculos.

El probador primero debe familiarizarse con la máquina antes de comenzar. Luego, la pieza se coloca en la máquina para encontrar una altura adecuada usando el microscopio. Puede determinar el lugar correcto comprobando las imágenes en la pantalla. Cuando tienes una imagen más enfocada, entonces está bien configurada.

El indentador de diamante se baja a la pieza y se deja reposar durante un período específico.

Levante el indentador y mida el valor de la sangría usando la siguiente fórmula:

donde,

F – Fuerza, N

d – sangría diagonal, mm

Prueba de dureza de Mohs

Si desea medir la dureza al rayado, este es un método adecuado que puede adoptar. Tradicionalmente, esta prueba se realiza rascando el material contra un material de referencia con una dureza conocida. La prueba de dureza de Mohs utiliza diez materiales de referencia con diferente dureza. El tipo de material bajo prueba determina el tipo de referencia a utilizar. Luego, el resultado se obtiene asignando un valor numérico de dureza al material de prueba.

Talk es el material más blando utilizado, con un valor de 1. El material más duro, por otro lado, es el diamante con un valor de 10.

Se utiliza un indentador de diamante Rockwell para la prueba de dureza de Mohs moderna. El principio de funcionamiento de la máquina es similar al del método tradicional. Implica rayar la pieza de prueba durante un período específico con una carga adecuada.

Prueba de escleroscopio

Puede utilizar el escleroscopio para determinar la dureza de rebote de los materiales. Puede realizar esta prueba conectando un tubo de vidrio vertical hueco a un soporte. Luego dejará caer un martillo de diamante a través del tubo sobre la pieza de prueba. El martillo rebotará y la altura del rebote es lo que medirás y registrarás. Los materiales con mayor dureza tendrán un rebote mayor, mientras que los materiales blandos tendrán un límite bajo.

Tabla de dureza de materiales

Una tabla de dureza del material es una de las formas más fáciles de determinar la dureza de algunos tipos populares de materiales. La tabla proporciona el valor de dureza de estos diversos materiales utilizando varios métodos de medición. Por ejemplo, el gráfico anterior muestra los valores de dureza de metales como el aluminio y el titanio utilizando métodos de medición como la escala de Brinell. De esta manera, no tiene que evaluar la dureza de su materia prima si está utilizando cualquiera de la lista.

Sin embargo, debe asegurarse de que el gráfico utilizado se evalúe en condiciones estándar.

Conclusión

Es esencial realizar una prueba adecuada de dureza del material si desea elegir un material adecuado para su proyecto. Hay varias formas de probar la dureza de su material. Consulte a una empresa experta en asesoramiento profesional sobre la dureza de su material.

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