Medición de la dureza en materiales (3)

Continuamos analizando la medición de la dureza en materiales, en este caso con los ensayos de indentadores prismáticos.

GRUPO B. DUREZA A LA PENETRACIÓN

B2. Indentadores prismáticos

DUREZA ROCKWELL (ensayo estático de penetración)

durometro-dureza-rocwell-medicion-materialesPese a que hemos incluido este ensayo en los indentadores (punta que ejerce presión sobre la probeta) prismáticos, la medición de la dureza Rockwell utiliza tanto indentadores cónicos de diamante con ángulo de 120o y curvatura 0,2 mm en punta (para materiales duros) como indentadores esféricos de acero o carburo con diámetro 1,5875 o 3,175 mm (para materiales más blandos) Los ensayos se dividen en grupos denominados escalas (A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T)

El ensayo mide la profundidad permanente h de la huella causada por el indentador. La dureza Rockwell viene determinada por la siguiente expresión:

HR= N – (h/S)

Siendo N una constante (100 ó 130) en función de la escala utilizad y S otra una constante (0,001 ó 0,002) también asociada a la escala.

En realidad lo que hacemos con este ensayo es determinar previamente en qué escala de dureza Rockwell puede encontrarse el material que deseamos ensayar (si no lo conocemos podemos realizar una o varias pruebas de testeo) Por ejemplo, para aceros nitrurados la escala de medición óptima es la A.  Una vez encajado en la escala, se ejecuta el ensayo. Como cada escala tiene un máximo o mínimo es posible que tengamos que movernos a otra si superamos o no llegamos a los valores establecidos.

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Hay dos grupos de escalas. La que va desde la A hasta la K y a que va desde 15N hasta 45T. Las cargas se aplican en dos tiempos; primero se aplica la carga de ensayo preliminar y posteriormente la carga de ensayo adicional.

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Cada una de estas escalas tiene definida:

–           La nomenclatura de la escala

–           El tipo de indentador (Cono diamante/esfera de 1,587/esfera de 3,175)

–           La carga de ensayo preliminar Fo

–           La carga de ensayo adicional F1.

–           La carga de ensayo total F = Fo + F1

–           Los valores máximo y mínimo comprendidos en dicha escala.

–           Las constantes N y S.

Así, por ejemplo, la escala A tiene una denominación para el valor de la dureza HRA, su indentador es el cono de diamante, las cargas son 98,07 N + 490,3 N = 588,4 N y comprende los valores desde 20HRA hasta 88HRA.

A los ensayos que se realicen con bola se les añadiría S si es de acero o W si es de carburo (ejemplo: HRFW)

Cada escala y tramo de dureza tiene además un espesor mínimo de probeta a ensayar definido por una gráfica.

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Normas de referencia:

UNE-EN ISO 6508-1:2007 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 1: Método de ensayo (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T). (ISO 6508-1:2005)

UNE-EN ISO 6508-1:2007 ERRATUM:2011 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Rockwell. Parte 1: Método de ensayo (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T). (ISO 6508-1:2005).

UNE-EN ISO 3738-1:2011 Metales duros. Ensayo de dureza Rockwell (escala A). Parte 1: Método de ensayo. (ISO 3738-1:1982)

UNE-EN ISO 2039-2:2000 Plásticos. Determinación de la dureza. Parte 2: Dureza Rockwell. (ISO 2039-2:1987)

DUREZA VICKERS (ensayo estático de penetración)

Ensayo para piezas delgadas metálicas (hasta 0,2 mm), templadas, o de reducidas dimensiones. Se obtiene un valor correspondiente a la superficie de la huella (indentación) que se suele realizar con una punta piramidal de diamante de base cuadrangular y ángulo en el vértice entre caras de 136°.

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La dureza Vickers viene dada por la siguiente expresión:

HV = F/S [N/mm2]donde S es la superficie de la impronta en mm2 y F la carga aplicada en Newtons.

Para valores de fuerza F mayores a 49,03 N hablamos de dureza Vickers a secas. Si se comprende entre este valor y 1,961 N se denomina dureza Vickers a baja fuerza y por debajo de 1,961 la denominación pasa a ser microdureza Vickers.

El resultado se expresa de este modo: 150HV 10/25, siendo 150 el valor de la dureza Vickers, 10 el valor de la carga en Newtons y 25 la duración de la carga. No obstante, existen unos valores normalizados de carga que es recomendable seguir.

El tiempo de aplicación oscila entre 10 y 30 segundos, siendo 15 segundos el más empleado. Es un ensayo recomendable para durezas superiores a 500 HB. Se puede utilizar en materiales duros y blandos.

Obtendremos un valor similar a la dureza Brinell hasta el valor de 300; a partir de aquí la dureza Vickers es superior a la Brinell.

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Indentador Vickers

Algunas normas de referencia:

UNE-EN ISO 6507-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Vickers. Parte 1: Método de ensayo (ISO 6507-1:2005)

UNE-EN 23878:2001 Metal duro. Ensayo de dureza Vickers. (ISO 3878:1983)

UNE-EN ISO 4516:2002 Recubrimientos metálicos y otros recubrimientos no orgánicos. Ensayos de microdureza Vickers y Knoop. (ISO 4516:2002)

UNE-EN ISO 14271:2012 Soldeo por resistencia. Ensayo de dureza Vickers en soldaduras por puntos por resistencia, por protuberancias y por costuras (carga reducida y microdureza). (ISO 14271:2011)

DUREZA KNOOP (ensayo estático de penetración)

Este método, similar al Vickers se reserva para láminas muy delgadas (menos de 2 mm) como en el caso de la geología (lámina delgada). También se usa en vidrios.

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Indentador Knoop

El indentador es una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7 normalmente con ángulos de 172o30’ y 130o.

Se denomina con las siglas HK y el método de cálculo es el mismo de la dureza Vickers: el cociente entre fuerza en Newtons y la superficie de indentación en mm2.

Una fuerza de 0,9807 N se mantiene durante 30 segundos en la superficie de la probeta y se deja en reposo unos 5 minutos antes de realizar la medida.

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Huella de indentador Knoop

Algunas normas de referencia:

UNE 43721:1984 Ensayos de vidrio. Medida de la dureza Knoop

UNE-EN ISO 4545-1:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 1: Método de ensayo (ISO 4545-1:2005)

UNE-EN ISO 4545-4:2006 Materiales metálicos. Ensayo de dureza Knoop. Parte 4: Tablas de valores de dureza (ISO 4545-4:2005)

UNE-EN 14205:2004 Métodos de ensayo para piedra natural. Determinación de la dureza Knoop

UNE-EN ISO 4516:2002 Recubrimientos metálicos y otros recubrimientos no orgánicos. Ensayos de microdureza Vickers y Knoop. (ISO 4516:2002)

DUREZA POLDI (ensayo dinámico de penetración)

Se trata de un ensayo dinámico a diferencia de los anteriores. La carga es aplicada con un golpe de martillo que ocasionará dos huellas: una en el material a ensayar y otra en una probeta de dureza conocida. El valor de dureza se obtiene de la comparación de la huellas, por lo que no tiene relación directa con la carga de impacto aplicada.

Es un ensayo actualmente en desuso.

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Cabecera: Dennis M. Clarke
Esquema dureza Rockwell: Bloody-Guardian
Durómetro Rockwell: Three-quarter-ten
Indentador Vickers: R. Tanaka
Marca indentación Knoop: His Manliness
Comparación entre la dureza Mohs y Knoop. Zimbres