Entendiendo la Dureza del Material: Claves para el Éxito del Proyecto

La idoneidad del material para una pieza es muy importante para que funcione en su entorno previsto. Uno de los factores que determinan la idoneidad es la dureza del material. Determina si su proyecto requiere material de alta dureza como acero o materiales más blandos.

Todos sabemos que usar materiales incorrectos podría tener efecto desastroso, especialmente cuando la pieza producida es parte de un proyecto mayor. Por tanto, evaluar la dureza antes de producción es indispensable.

Si necesita sustancia que resista alta indentación o abrasión sin deformación, opte por materiales duros. Sin embargo, materiales con alta dureza no son necesariamente adecuados para todos los proyectos. Debe consultar empresa de mecanizado experta para saber cuál es adecuado.

¿Qué es la Dureza del Material?

La dureza es la capacidad de un material para resistir fuerza sin deformación, rayado, penetración e indentación. En otras palabras, capacidad de mantener características físicas ante fuerza aplicada.

La dureza varía entre materiales: aceros tienen mayor dureza que otros como estaño. Algunos no metálicos como madera y plásticos también poseen características de metales blandos.

La dureza depende de varios factores: plasticidad, rigidez elástica, ductilidad, tenacidad, deformación, resistencia, viscoelasticidad y viscosidad.

¿Cuáles son los diferentes tipos de dureza?

Los materiales se comportan diferente bajo distintas condiciones. Por ejemplo, un material puede resistir gran impacto único pero no carga continua. Por tanto, debe realizar pruebas de dureza según necesidades del proyecto.

Categorizamos la dureza en tres tipos. Los materiales tienen distintos valores bajo cada uno:

• Dureza al rayado (Scratch hardness)
• Dureza al rebote (Rebound hardness)
• Dureza por indentación (Indentation hardness)

Dureza al Rayado

Mecanizadores definen dureza al rayado como capacidad de resistir rayaduras en superficie. Rayaduras son líneas estrechas continuas. Cuando material más duro y afilado roza superficie de otro más blando, causa rayaduras.

Se usa test de rayado para materiales frágiles como cerámicas. Algunos materiales no alcanzan deformación plástica pero no resisten rayado. Algunos diseños son sensibles al rayado; así necesita material con alta dureza al rayado.

Por ejemplo, ciertas piezas de máquina requieren fricción. Usar material con baja dureza al rayado puede no ser suficiente: con poca fricción, pierde superficie lisa y afecta funcionalidad general. Eso significa gastar más en reparaciones. Puede prevenirse con test de dureza al rayado para saber si material resistirá fricción sin perder superficie lisa.

Dureza al Rebote

Sinónimo de dureza dinámica, es más dureza elástica que plástica. Elástica significa que el material no se deforma permanentemente: solo pierde forma bajo fuerza externa; al retirar la fuerza, recupera forma original. No es el caso de deformación plástica, donde no recupera forma. Así, dureza al rebote es más elástica.

Requiere que material absorba energía en impacto y la devuelva al indentador. Mecanizadores usan indentador para testar dureza al rebote. El indentador ya tiene dureza conocida que se compara con la del material testeado.

Puede medirse dejando caer martillo con punta de diamante. Miden rebote tras golpear superficie. Si martillo regresa cerca de altura original, material tiene alta dureza al rebote. Si no se acerca, baja dureza.

Dureza por Indentación

Mecanizadores usan dureza por indentación para determinar resistencia a deformación. Requiere indentar material con carga continua hasta formar impresión. Tests se realizan en escalas microscópica y macroscópica, según material y propósito.

Cuando ingenieros y metalúrgicos hablan de dureza, a menudo se refieren a dureza por indentación. Medir valor de indentación ayuda a saber cuánta carga soporta material antes de deformarse.

¿En Qué Unidad se Mide la Dureza?

Mecanizadores a menudo confunden unidades SI de dureza con presión. La primera tiene unidad SI de N/mm² (Pascal). La segunda, N/m² (kg·m⁻¹·s⁻²).

Cada tipo de dureza tiene escalas distintas. Unidades derivan de cada método; no son adecuadas para comparación directa. No obstante, existe tabla de conversión para comparar. Decimos "manejar" porque comparación no es 100% exacta, pero da indicación adecuada.

Unidades comunes: Número de Dureza Brinell (HB), dureza Rockwell (HRA, HRB, HRC, etc.), valor Leeb (HLD, HLS, HLE, etc.), dureza Vickers (HV). Comparación de métodos en tabla:

Cómo Testar la Dureza del Material

Cada tipo se mide diferente. Cómo testar cada uno:

Test Brinell

Test común. Primero, el mecanizador familiariza con la máquina. Hace ajustes en monitor antes del test.

Principio: usar bola de acero de 10 mm para crear impresión en pieza de prueba. La impresión se calcula para obtener número de dureza Brinell.

Máquina baja bola sobre material formando indentación y deja ~30 segundos. Mecanizador aplica fuerza. El metal determina fuerza: algunos 500 kg, otros hasta 3000 kg (carga estándar). Si se retira indentador, ingeniero mide tamaño observando con microscopio de baja potencia. Recorta otras áreas y calcula promedio de mediciones en ángulos rectos.

Tras completar, calcula número de dureza con fórmula Brinell:

Donde,

F – fuerza, N

D – diámetro indentador, mm

d – diámetro indentación, mm

Test Rockwell

Otro test común. El material determina escala usada.

Hay 30 escalas; puede elegir la adecuada. Las más usadas son "B" y "C".

El tester aplica carga menor primero, luego carga de prueba. La menor fija indentador en muestra y elimina irregularidades para resultado más preciso.

Baja indentador creando impresión con carga mayor. Mide impresión para determinar dureza. Determina dimensión de indentación aumentada calculando valor de dureza.

Fórmula Rockwell:

Donde,

N – factor de escala según escala usada

s – factor de escala según escala usada

d – profundidad de indentación permanente comparada a carga menor, mm

Test Vickers

Otro método. Más adecuado para materiales blandos que requieren cargas menores. Si necesita mejor precisión para materiales blandos, Vickers es mejor.

Usa único indentador de diamante para todos los materiales, simplificando cálculos.

Tester primero familiariza con máquina. Pieza se coloca para encontrar altura adecuada con microscopio. Imagen enfocada indica ajuste correcto.

Indentador de diamante baja a la pieza y permanece periodo especificado.

Retira indentador y mide valor de indentación con fórmula:

Donde,

F – Fuerza, N

d – diagonal de indentación, mm

Test Mohs

Si desea medir dureza al rayado, este método es adecuado. Tradicionalmente, se raya material contra referencia de dureza conocida. Test Mohs usa 10 referencias con distintas durezas. El material testeado determina referencia. Resultado: valor numérico asignado.

Talk es más blando (valor 1). Diamante más duro (valor 10).

Indentador de diamante Rockwell se usa en test Mohs moderno. Principio similar: rayar pieza de prueba periodo especificado con carga adecuada.

Test Escleroscopio

Puede usar escleroscopio para determinar dureza al rebote. Conecta tubo de vidrio hueco vertical a soporte. Deja caer martillo de diamante a través del tubo sobre pieza. Martillo rebota; mide y registra altura. Materiales más duros: rebote mayor; blandos: rebote menor.

Tabla de Dureza de Materiales

Una tabla de dureza es forma fácil de determinar dureza de materiales populares. Proporciona valores usando varios métodos. Por ejemplo, tabla muestra dureza de metales como aluminio y titanio usando escala Brinell. Así no tiene que evaluar dureza si usa materiales de la lista.

Pero debe asegurar que la tabla usada fue evaluada bajo condiciones estándar.

Conclusión

Es esencial hacer test de dureza adecuado si desea elegir material idóneo. Hay varias formas de testar dureza. Consulte empresa experta para asesoramiento profesional.

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