Evaluando la dureza de materiales: Entendiendo la resistencia a la deformación

La capacidad de un material para tolerar deformación permanente localizada, como indentación, se caracteriza por su dureza. Corte, abrasión, penetración y rayado pueden causar que los materiales se distorsionen, por lo que la dureza también puede usarse para definir la resistencia de un material a la deformación.

La resistencia de una sustancia a deformación permanente localizada se mide por su dureza. La deformación plástica es otro término para distorsión permanente. Mientras la deformación elástica ocurre cuando un material cambia forma solo cuando se aplica fuerza, la deformación plástica ocurre cuando una sustancia no vuelve a su forma original.

En este artículo, se discutirán las siguientes preguntas:

• ¿Qué es la dureza de un material?
• ¿Cuáles son los tipos de dureza?

¡Vamos a profundizar!

¿Qué es la dureza de un material?

La dureza es un método usado para determinar qué tan resistente es un material a deformación plástica localizada causada por indentación mecánica o abrasión. La dureza varía por materiales; por ejemplo, metales duros como titanio y berilio son más duros que metales blandos como sodio y estaño metálico, así como madera y polímeros ordinarios.

Fuertes conexiones intermoleculares describen dureza macroscópica, pero el comportamiento de materiales sólidos bajo fuerza es complejo, por lo que dureza por rayado, dureza por indentación y dureza por rebote son métricas diferentes de dureza. Ductilidad, rigidez elástica, plasticidad, deformación, resistencia, tenacidad, viscoelasticidad y viscosidad son todos factores que influyen en la dureza. Cerámicas, concreto, ciertos metales y materiales ultra-duros son ejemplos de materia dura, que puede compararse con materia blanda.

Algunos materiales tienen alta dureza natural. El tungsteno, por ejemplo, es un metal muy duro que se usa como elemento de aleación en aceros para herramientas. Esto asegura que este grupo de aceros pueda resistir desgaste incluso al cortar a altas temperaturas. El tungsteno se incluye frecuentemente en carburo cementado, comúnmente usado en fresas. Estos bits de herramienta de corte intercambiables extienden significativamente la vida de herramientas de corte.

Por otro lado, otros materiales, como metales, son blandos al punto de ser inutilizables en una variedad de aplicaciones. Como el oro puro es tan delicado, rayarlo o doblarlo requiere poco esfuerzo. Para mejorar su dureza, otros metales como plata, cobre y aluminio deben añadirse.

¿Cuáles son los tipos de dureza?

La capacidad de un material para resistir deformación es probada por una prueba estándar que mide la resistencia de la superficie a la indentación. La forma o tipo de indentación, el tamaño y la cantidad de carga aplicada son las pruebas de dureza más frecuentes.

Rayado, indentación y rebote son los tres tipos básicos de pruebas de dureza. Escalas de medición individuales existen dentro de cada una de estas clases de medición. Tablas de conversión se usan para convertir de una escala a otra para propósitos prácticos. Los siguientes son los diversos tipos de dureza:

• Dureza por rayado
• Dureza por indentación
• Dureza por rebote

Dureza por rayado

Los tipos de dureza por rayado se refieren a la resistencia de una muestra a fractura o deformación plástica persistente como resultado de fricción de un objeto afilado. Un objeto hecho de una sustancia más dura rayará un objeto hecho de un material más blando, según el principio.

La dureza por rayado se refiere a la fuerza requerida para cortar a través de la película al sustrato al probar recubrimientos. La escala de Mohs, usada en mineralogía, es la prueba más prevalente. El esclerómetro es una herramienta que puede usarse para lograr esta medición.

El probador de dureza de bolsillo es otra herramienta usada para hacer pruebas similares. Un brazo de escala con marcas graduadas está acoplado a un carruaje de cuatro ruedas en este dispositivo. Un instrumento de rayado con borde afilado se adjunta a la superficie de prueba en un ángulo predefinido. Para usarlo, coloca masa de peso conocida en el brazo de escala en una de las marcas graduadas, luego arrastra la herramienta a través de la superficie de prueba. Sin el uso de maquinaria costosa, una presión conocida puede ejercerse usando el peso y marcas.

Dureza por indentación

La resistencia de una muestra a deformación de material causada por una carga compresiva constante de un objeto afilado se mide por dureza por indentación. Las pruebas de dureza por indentación son las más comúnmente empleadas en ingeniería y metalurgia. Las pruebas se basan en el principio de determinar las dimensiones críticas de una indentación creada por un indentador especialmente dimensionado y cargado. Rockwell, Vickers, Shore y Brinell son algunas de las escalas de dureza por indentación más comunes.

Dureza por rebote

La altura del "rebote" de un martillo con punta de diamante caído desde una altura fija en un material se mide por dureza por rebote, también conocida como dureza dinámica. La elasticidad está vinculada a este tipo de dureza. Un estereoscopio es un aparato usado para tomar esta medición.

La prueba de dureza por rebote Leeb y la escala de dureza Bennett son dos escalas que cuantifican la dureza por rebote.

Midendo la frecuencia de una varilla oscilante, el enfoque de Impedancia de Contacto Ultrasónico (UCI) evalúa la dureza. Una varilla de metal con un elemento vibratorio y un diamante en forma de pirámide unido a un extremo compone la varilla.

En resumen

La dureza del material es algo muy importante a considerar al diseñar un proyecto de ingeniería. Esto determina la confiabilidad y funcionalidad del proyecto. En otras palabras, la dureza del material es un factor clave en el diseño de ingeniería. Eso es todo para este breve artículo sobre dureza de materiales.

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