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Dureza

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Equivalencias de dureza y resistencia


Para aceros no aleados y fundiciones existe una relación aproximada y directa entre la dureza Vickers y el límite elástico siendo el límite elástico aproximadamente 3 3 veces la dureza Vickers.

Rp0 2==3 3*HV








































































































































































































































































































































































































Tabla de equivalencias[4]​ para el límite elástico Brinell[5]​- Rockwell- dureza Vickers.
Límite elástico (aproximado) [nota 1]
Dureza Brinell
Dureza Rockwell
Dureza Vickers
MPa HB HRC HRA HRB HV
68 86 940
67 85 920
66 85 880
65 84 840
64 83 800
63 83 760
62 83 740
61 82 720
60 81 690
59 81 670
2180 618 58 80 650
2105 599 57 80 630
2030 580 56 79 610
1955 561 55 78 590
1880 542 54 78 570
1850 517 53 77 560
1810 523 52 77 550
1740 504 51 76 530
1665 485 50 76 510
1635 473 49 76 500
1595 466 48 75 490
1540 451 47 75 485
1485 437 46 74 460
1420 418 45 73 440
1350 399 43 72 420
1290 380 41 71 400
1250 370 40 71 390
1220 376 39 70 380
1155 342 37 69 360
1095 323 34 68 340
1030 304 32 66 320
965 276 30 65 300
930 276 29 65 105 290
900 266 27 64 104 280
865 257 26 63 102 270
835 247 24 62 101 260
800 238 22 62 100 250
770 228 20 61 98 240
740 219 97 230
705 209 95 220
675 199 94 210
640 190 92 200
610 181 90 190
575 171 87 180
545 162 85 170
510 152 82 160
480 143 79 150
450 133 75 140
415 124 71 130
385 114 67 120
350 105 62 110
320 95 56 100
285 86 48 90
255 76 80


Nanoindentación


La nanoindentación es un ensayo de dureza llevado a cabo a la escala de longitudes nanométricas. Se utiliza una punta pequeña para indentar el material objeto de estudio. La carga impuesta y el desplazamiento se miden de manera continua con una resolución de micronewtons y subnanómetros respectivamente. La carga y el desplazamiento se miden simultáneamente durante el proceso de indentación y por ello también se la denomina «nanoindentación instrumentada». Las técnicas de nanoindentación son importantes para la medición de las propiedades mecánicas en aplicaciones microelectrónicas y para la deformación de estructuras a micro y nanoescala. Los nanoindentadores incorporan microscopios ópticos para la localización del área a estudiar. Sin embargo a diferencia de los métodos de indentacion a macro y microescala en la técnica de nanoindentación instrumentada no esposible medir directamente el área de la indentación.

Las puntas de los nanopenetradores vienen en una variedad de formas. A una forma común se le conoce como penetrador de Berkovich el cual es una pirámide con 3 lados.

Oliver y Pharr inventaron un método para calcular el área proyectada de la indentación




A

c




{\displaystyle A_{c))

durante la máxima carga. ​ La primera etapa de una prueba de nanoindentación involucra el desarrollo de indentaciones sobre un patrón de calibración. La sílice fundida es un patrón de calibración común debido a que tiene propiedades mecánicas homogéneas y bien caracterizadas. El propósito de efectuar indentaciones sobre el estándar de calibración es determinar el área de contacto proyectada de la punta del penetrador Ac como una función de la profundidad de la indentación. Para una punta de Berkovich perfecta






A

c


=
24.5


h

c


2





{\displaystyle A_{c}=24.5\cdot h_{c}^{2}\ }



Sin embargo en general la punta no perfecta se desgasta y cambia de forma con cada uso. Por tanto debe llevarse a cabo regularmente una calibración de la punta que se utiliza. Para ello es necesario encontrar la función relaciona el área Ac de la sección transversal del penetrador a máxima carga con la distancia de la punta hc que está en contacto con el material que se está indentando.

La profundidad total de la indentación h es la suma de la profundidad de contacto hc y la profundidad hs en la periferia de la indentación donde el indentador no hace contacto con la superficie del material es decir





h
=

h

c


+

h

s




{\displaystyle h=h_{c}+h_{s))



donde






h

s


=


{\displaystyle h_{s}=}

Ɛ






P

m
a
x


S




{\displaystyle {\frac {P_{max)){S))}



donde Pmax es la carga máxima y Ɛ es una constante geométrica igual a 0.75 para un penetrador de Berkovich. S es la rigidez al descargar que se calcula en la curva de nanoindentación:



S
=
d
P

/

d
h


{\displaystyle S=dP/dh}



La dureza de un material determinada por la nanoindentación instrumentada se calcula entonces como:






H

I
T


=



P

m
a
x



A

c






{\displaystyle H_{IT}={\frac {P_{max)){A_{c))))



La dureza (determinada por la nanoindentación) se reporta con unidades de GPa y los resultados de indentaciones múltiples por lo general se promedian para incrementar la precisión.

Este análisis permite el cálculo del módulo elástico y la dureza durante la carga máxima y es conocido como nanoindentación instrumentada; sin embargo actualmente se emplea de modo normal una técnica experimental conocida como nanoindentación dinámica. Durante ésta se superpone una carga oscilante pequeña sobre la carga total en la muestra. De esta manera la muestra se descarga de manera elástica continuamente a medida que se incrementa la carga total. Esto permite mediciones continuas del módulo elástico y de la rigidez como una función de la profundidad de la indentación.

Notas



Escala usadas en mineralogía


En mineralogía se utiliza la escala de Mohs creada por el alemán Friedrich Mohs en 1820 que mide la resistencia al rayado de los materiales.













































Dureza
Material
Composición química
1 Talco (se puede rayar fácilmente con la uña) Mg3Si4O10(OH)2
2 Yeso (se puede rayar con la uña con más dificultad) CaSO4·2H2O
3 Calcita (se puede rayar con una moneda de cobre) CaCO3
4 Fluorita (se puede rayar con un cuchillo) CaF2
5 Apatita (se puede rayar difícilmente con un cuchillo) Ca5(PO4)3(OH- Cl- F-)
6 Feldespato (se puede rayar con una cuchilla de acero) KAlSi3O8
7 Cuarzo (raya el acero) SiO2
8 Topacio Al2SiO4(OH- F-)2
9 Corindón (solo se raya mediante diamante) Al2O3
10 Diamante (el mineral natural más duro) C

A un nivel profesional se utilizan en mineralogía las escala de Rosiwal y de Knoop ya que estas permiten realizar la valoración de medias con una cuantificación absoluta.

Véase también



Equivalencia entre escalas de dureza


Lista de equivalencias aproximadas para escalas de dureza de aceros no austeníticos (en el rango de la escala Rockwell C): ​






























Equivalencia
Factor


7884752ce" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/18826fe3465a7e1b913d2d7fa38725a
7884752
ce" style="vertical-align: -0.338ex; width:13.033ex; height:2.176ex;"/>


9720193af" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/be43cb784d3d38a26091de60750e38e
9720193
af" style="vertical-align: -0.338ex; width:13.059ex; height:2.176ex;"/>



4947233d12238ce15ddc5c298a2f
1446771
c" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/113e
4947233
d12238ce15ddc5c298a2f
1446771
c" style="vertical-align: -0.338ex; width:11.079ex; height:2.176ex;"/>
(para pequeñas cargas)
3038742955683a48dbb5dc34fd1f1589c3" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/41b07b
3038742955683
a48dbb5dc34fd1f1589c3" style="vertical-align: -0.671ex; width:11.372ex; height:2.509ex;"/>

Acero (Matriz-Fe Cúbica centrada en el cuerpo)
3 5
Cu y sus aleaciones templado
5 5
Cu y sus aleaciones deformado en frío
4 0
Al y sus aleaciones
3 7


Escalas de uso industrial


En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración de un indentador. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas existen diferentes escalas adecuadas para distintos rangos de dureza.

El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción por lo que su uso está muy extendido.

Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: ​

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de wolframio. Para materiales duros es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6 mm de espesor. Estima resistencia a tracción.
Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza estándar.
Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.
Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo llamada Rockwell superficial para la caracterización de piezas muy delgadas como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.
Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas se expresa como la resistencia a la abrasión medidas en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000.
Dureza Shore: Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional pero consta de varias escalas. A mayor rebote mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico; no de penetración como los otros.
Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2 mm de espesor.
Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.

explicación simple


La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones físicas como la penetración la abrasión y el rayado.

Tags: Dureza
 


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