Medición de la dureza en materiales (6) Nanoidentación

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Medición de la dureza en materiales (6) Nanoidentación:

En este artículo de nuestro monográfico sobre la medición de la dureza en materiales analizaremos las últimas técnicas aplicadas en los ensayos de indentación.

La norma internacional ISO 14577 viene a regular los ensayos de indentación, es decir, aquellos realizados por durómetros que dejan una huella en el material ensayado y que, en función de la medición de dicha huella y de la carga empleada para causarla, obtienen un valor de dureza. Ya no tiene mucho sentido diferenciar entre distintos tipos de ensayos en función del tipo de indentador cuando no dejan de aparecer nuevos modelos con usos concretos, especialmente en los ensayos de nanoindentación. Tampoco es efectivo desaprovechar otros valores, además del de la dureza, que pueden obtenerse y determinan el comportamiento de los materiales ensayados frente a distintas acciones.

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 La ISO 14577 diferencia entre tres grupos en base a la profundidad de la huella y a la carga aplicada:

  • Macro-indentación: Si la carga aplicada se sitúa entre 2 N < F < 30 kN

  • Micro-indentación: Si la carga aplicada es inferior a 2 N o la profundidad de la huella es mayor a 200 nm

  • Nano-indentación: la profundidad de la huella es menor a 200 nm

Pasemos ahora a desarrollar la forma de ensayo y los datos que obtendremos. En los siguientes artículos profundizaremos sobre el método de ensayo pero ahora conviene definirlo de forma básica:  Se monta el indentador en la máquina de ensayo y se prepara la probeta que debe quedar firmemente sujeta y a temperatura controlada. Posteriormente aplicaremos la carga y obtendremos una huella de la que tomaremos su superficie marcada, es decir, la proyección de la marca que deja el indentador sobre la probeta, como se representa en la siguiente imagen.

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Vemos como, tras la presión ejercida sobre la probeta, esta recuperará en menor o mayor grado parte del volumen de la huella dependiendo de las características elásticas del material.

En todos los casos, la dureza de indentación (HIT) vendrá definida por la siguiente expresión:

Hit = Fmax/Ap

Donde Fmax es la carga máxima aplicada y Ap es el área proyectada de la huella que deja el indentador en la probeta.

Anteriormente, podíamos tomar el valor de la carga y realizar una medición visual de la superficie de la huella con bastante precisión. La nueva generación de maquinaría de ensayo para micro-indentación cuenta con gran sensibilidad y es capaz de obtener muchos más datos, lo que significa una mayor información sobre el comportamiento del material ensayado.

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Ampliemos la sección y veamos qué datos nos serán útiles.

Medición de la dureza en materiales (6) Novedades:

Donde

h: Altura total (abajo presión)

hp: Altura de la huella una vez eliminada la presión

hc: Diferencia entre h y hp.

hs: desplazamiento de la superficie en el perímetro

a: Radio del circulo donde queda inscrita la superficie Ap

El color rojo indica la huella bajo presión (cuando la carga está actuando en valor máximo) y el color azul la huella una vez se ha retirado el indentador. Las líneas de trazos en color rojo a ambos lados nos muestran la deformación que sufrirá la pieza bajo carga que se recupera tras finalizar la presión

No solo obtenemos los anteriores datos como valores finales, sino que lo haremos espaciados entre el tiempo y el valor de carga. Ello nos ofrece una curva de carga y descarga como la que vemos en la siguiente imagen:

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De aquí podemos conseguir valores como la rigidez S (dP/dh) que se define como la pendiente de la porción superior de la curva de descarga durante las etapas iniciales de descarga. El módulo de Young (basado en la ecuación de Sneddon) El módulo de indentación, EIT, que se calcula a partir de la pendiente de la tangente de la curva de descarga o fluencia sangría (CIT) o la fluencia de indentación que se define como el cambio relativo de la profundidad de indentación mientras que la carga aplicada se mantiene constante.

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Arquitecto Técnico y Perito Forense. Especialidad en Patología, Rehabilitación y Construcción (Procesos y Materiales).

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