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La dureza de un material se define como la resistencia de ese material a la indentación o deformación plástica. Por tanto, la dureza es una medida de la resistencia de un material al desgaste, los cortes y los arañazos.
La prueba de dureza se usa comúnmente para medir la deformación permanente inducida en los materiales por cargas concentradas. Cuanto más duro es el material, mejor es su capacidad para conservar su forma bajo cargas externas.
Al conocer la dureza del material, es posible saber qué tan fácil es procesarlo y cómo se comporta durante el uso.
Este artículo describe las cinco pruebas principales utilizadas para determinar la dureza del material.
Tabla de contenido
5 pruebas para medir la dureza de los materiales de construcción
Los materiales se pueden probar para la dureza usando una variedad de métodos. Cada tecnología representa una forma de definir la dureza en esa escala.
Las cinco pruebas principales utilizadas para medir la dureza del material son:
- prueba de dureza Brinell
- Prueba de dureza Rockwell
- Prueba de dureza Vickers
- Prueba de dureza Knoop
- Prueba de dureza de Mohs
1. Prueba de dureza Brinell
La prueba de dureza Brinell mide la dureza de un material por la indentación causada por la aplicación de una fuerza constante y concentrada. Se aplica una fuerza a la muestra usando un indentador. El indentador utilizado es una lata esférica de acero o carburo. La prueba finalmente mide el diámetro de la indentación.
Primero se pone en contacto un indentador de bola de acero con el material antes de aplicar una fuerza constante. La fuerza aplicada permanece sobre el material durante 10-15 segundos. Este tiempo se llama tiempo de permanencia. Al final del tiempo de residencia, se retira el indentador, dejando una depresión esférica en el material.
La fórmula determina la dureza Brinell (HB).
HB = fuerza aplicada (kgF) / área superficial de indentación (mm2)
De los cinco métodos de prueba de dureza mencionados en este artículo, la prueba de dureza Brinell produce muescas con valores más altos de ancho y profundidad. Por lo tanto, esta prueba se puede realizar en muestras de material con un área de superficie más grande. Ejecutar la prueba sobre un área de superficie grande ayuda a tener en cuenta las irregularidades de la superficie y el grano en el metal.
En comparación con los otros cuatro métodos, la prueba de dureza Brinell requiere mucho tiempo y deja una gran marca permanente en la muestra.
2. Prueba de dureza Rockwell
La prueba de dureza Rockwell mide la dureza de un material por la profundidad de una muesca permanente causada por la aplicación de una carga concentrada. La carga se aplica mediante un indentador de bolas hecho de bolas de acero o de diamante. Primero, se aplica una presión previa al penetrador. La profundidad de la indentación causada por esta precarga se registra y se utiliza como punto de referencia.
Imagen proporcionada por: Matsuzawa
Cuando se aplica una precarga, se agrega una gran carga al penetrador durante un cierto tiempo de permanencia. Esta carga hace que el material se derrumbe aún más. La profundidad de indentación permanente se define como la diferencia entre la posición de referencia y la profundidad de indentación debido a una gran carga.
Esta prueba es menos destructiva y más barata que la prueba de Brinell. La dureza se mide a diferentes profundidades para evitar errores debido a imperfecciones superficiales. No se requiere equipo adicional para leer los valores de dureza.
3. Prueba de dureza Vickers
La prueba de dureza Vickers mide la dureza de un material midiendo el área superficial de la depresión formada en el material por la carga de prueba. El indentador utilizado es una pirámide cuadrada.
Primero, levante la muestra utilizando los ajustes del accesorio hasta que haga contacto con la muestra. El penetrador aplica lentamente una fuerza de prueba a la muestra hasta que se alcanza el valor de carga especificado. La fuerza se mantiene durante un tiempo de permanencia específico. Finalmente, se calcula el área del rebaje del diamante o cuadrado.
Imagen cortesía: Guía de fabricación
Entonces la dureza Vickers (HV) viene dada por la fórmula:
HV = fuerza aplicada (kilogramo de fuerza (kgF)) / área de superficie de indentación
La prueba de dureza Vickers utiliza una pirámide cuadrada como indentador, lo que da como resultado un nivel de precisión más bajo de la fuerza de indentación que las pruebas de Brinell y Rockwell.
La prueba de dureza Vickers es costosa ya que requiere óptica, equipo de medición y preparación para la prueba. Además, las pruebas consumen mucho tiempo.
4. Prueba de dureza Knoop
La prueba de dureza Knoop funciona de manera similar a la prueba de dureza Vickers. Cree una sangría con un indentador en forma de diamante o pirámide. El indentador se mantiene durante un tiempo de residencia específico. Los indentadores Knoop son diamantes alargados que se utilizan para probar la dureza de materiales quebradizos y delgados sin formación de grietas.
Imagen cortesía – Guía de fabricación
La diagonal del indentador Knoop es tres veces más larga que la diagonal Vickers. Esta longitud ayuda a penetrar aproximadamente la mitad de la profundidad de la prueba de Vickers. Por lo tanto, es adecuado para probar materiales frágiles como la cerámica.
Las muescas producidas por la prueba de dureza de Knoop son romboédricas. Una de las diagonales de este buzamiento es siete veces la otra diagonal.
Esta fórmula se puede utilizar para calcular la dureza Knoop HK.
HK = fuerza de prueba aplicada (kgF) / área de superficie de indentación (mm)2
5. Prueba de dureza de Mohs
La prueba de dureza de Mohs mide la dureza de los materiales determinando su resistencia al rayado. Aquí, se raya un material de dureza conocida sobre la superficie de la muestra y se observa el grado de rayado de la muestra.
Crédito de la imagen: Geology.com
Aquí, a diferencia de otros métodos, no se utiliza indentador. Los materiales se clasifican según una escala de dureza llamada escala de dureza de Mohs. La escala de Mohs se compone de 10 minerales. Esta prueba solo mide la dureza relativa de los minerales y no se utiliza para determinar la dureza de los metales.
No existe una escala o unidad de medida universal que defina la dureza de los materiales. Comprender las fortalezas y debilidades de cada prueba lo ayudará a decidir qué método es mejor para usted.
Preguntas más frecuentes
La prueba de dureza Brinell mide la dureza de un material por la indentación causada por la aplicación de una fuerza constante y concentrada. Se aplica una fuerza a la muestra usando un indentador. El indentador utilizado es una lata esférica de acero o carburo. La prueba finalmente mide el diámetro de la indentación.
Primero se pone en contacto un indentador de bola de acero con el material antes de aplicar una fuerza constante. La fuerza aplicada permanece sobre el material durante 10-15 segundos. Este tiempo se llama tiempo de permanencia. Al final del tiempo de residencia, se retira el indentador, dejando una depresión esférica en el material.
La fórmula determina la dureza Brinell (HB).
HB = fuerza aplicada (kgF) / área superficial de indentación (mm2)
La dureza del material se determina más comúnmente como una medida de la indentación causada por un penetrador que aplica una carga específica al material durante un período de tiempo llamado tiempo de permanencia.
Las cinco pruebas principales utilizadas para medir la dureza del material son:
1. Prueba de dureza Brinell
2. Prueba de dureza Rockwell
3. Prueba de dureza Vickers
4. Prueba de dureza Knoop
5. Prueba de dureza de Mohs
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