Ensayo de Dureza Vickers

DUREZA VICKERS

Este ensayo se utiliza cuando el grosor del material es pequeño o cuando su dureza es muy grande para que una bola de acero deje marca. En este caso el penetrador es una pirámide de diamante con base cuadrada y ángulo en el vértice de 136°.

Al igual que en el caso anterior, se divide el valor de la fuerza entre la superficie dejada por el penetrador, expresada en función de las distancias dejadas en una superficie formada por cuatro triángulos, que se calcula así:



De forma idéntica que en la dureza Brinell, en la escala Vickers también se indica el valor resultante de dividir la fuerza entre la superficie en kp/mm², y la expresión normalizada consiste en escribir este valor, las iniciales HV (Hardness Vickers) y luego la fuerza aplicada en kp:

700 HV 30

Ensayo de dureza Brinell

DUREZA BRINELL

Este método consiste en aplicar una fuerza a una bola de acero y calcular el cociente entre la fuerza y la superficie de la huella, que viene dada por la expresión S = Π · D · f

El diámetro d de la huella se mide fácilmente con un microscopio, pero la profundidad f no es sencilla. Por lo tanto, se busca la relación matemática entre los valores:

Ahora se divide la fuerza entre la superficie de la huella y se obtiene el valor de la dureza Brinell, que se expresa mediante una expresión normalizada, en la que se escribe el valor de dureza en kp/mm², las letras HB (Hardness Brinell), el diámetro en mm de la bola, la fuerza en kp y el tiempo que dura la aplicación de la fuerza en segundos:

HB=P/S               100 HB 5 250 30

Este ensayo se considera correcto cuando el tamaño de la bola no es demasiado pequeño (se clavaría) ni demasiado grande (apenas dejaría marca). Se establece como criterio que el diámetro de la huella obtenida esté comprendido entre la mitad y un cuarto del tamaño de la bola del penetrador:

D/4 < d < D/2

La relación entre la fuerza y el tamaño de la bola recibe el nombre de constante de ensayo K (F = K·D²), que suele rondar el valor de 30. Dos ensayos que tengan la misma constante K darán el mismo valor de dureza.

Ensayo de Tracción

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza pequeña que trata de deformarlo se produce una deformación elástica, que se recupera al desaparecer esa fuerza. Pero superado un cierto valor, la deformación que sufre el cilindro es permanente, o plástica.

La respuesta de un material ante la deformación está influenciada por la relación entre la fuerza aplicada y el tamaño del objeto. Por lo tanto, no se analiza la fuerza sino ésta dividida entre el área que debe soportarla. A este valor se le denomina esfuerzo, y la unidad del Sistema Internacional es el N/m² o Pa (pascal), un valor muy pequeño, por lo que es más corriente su múltiplo el MPa o el kp/mm²:

Asímismo, la deformación que sufre el material debe ser considerada en relación con la longitud total del objeto, y se analiza la deformación unitaria, ε, obtenida al dividir la deformación total entre la longitud del objeto. A veces se habla de elongación como el tanto por ciento de deformación, y que se obtiene al multiplicar la deformación unitaria por 100:

Con estas premisas, el ensayo de tracción de un material consiste en someter un cilindro o una placa con dimensiones normalizadas de ese material a un estiramiento creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Con ésto se obtienen gráficas como la del dibujo, de un ensayo de tracción, en el que se observan varias zonas características de los materiales elásticos:

1 - Es la zona elástica del material hasta un esfuerzo denominado límite elástico (LE). En buena parte de la curva se mantiene la proporcional y a la pendiente de la curva se le llama módulo elástico o módulo de Young. La recta responde a una ecuación llamada Ley de Hooke: 2 - Esta es también una zona elástica, aunque en ella no se cumple la proporcionalidad. 3 - Esta zona se denomina de fluencia, en la que el material cede sin apenas aumentar el esfuerzo, el cual recibe el nombre de esfuerzo de fluencia (LF). Es el incio de las deformaciones plásticas. 4 - Cuando se sigue aumentando el esfuerzo de tracción el material sigue alargandose de forma plástica. Al desaparecer el esfuerzo, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente. 5 - A partir de un cierto límite llamado esfuerzo de rotura (LR) el estiramiento es tan grande que se produce la estricción de la sección, es decir, el material adelgaza, y acaba rompiéndose.

Los diseños técnicos se realizan para que las piezas trabajen siempre en la zona elástica. Incluso se trabaja con un coeficiente de seguridad n, que limita un esfuerzo máximo de trabajo σ_T:

Ya sabemos que cuando se somete un material a un esfuerzo superior al límite de fluencia, éste se estira, y al desaparecer la fuerza, aunque el material deja de estar estirado, no recupera su tamaño original y se queda deformado permanentemente. Si ahora se vuelve a cargar ese material, resulta que su límite elástico es el valor del esfuerzo alcanzado anteriormente. A este efecto se le denomina provocar acritud en el material, y es una forma de mejorar sus propiedades.

Cuando se alarga un metal por efecto de la tracción, a la vez sufre un estrechamiento que se puede calcular mediante el volumen de la pieza:

V = S₀ · l₀

volumen que se mantiene cuando la pieza se alarga y se estrecha. Por este motivo, en la expresión del esfuerzo sería aconsejable indicar que se usa la sección inicial S₀, aunque las ínfimas variaciones de la misma hacen despreciable ser tenidas en cuenta para los cálculos.

Sin embargo, como se puede ver en la animación, en la rotura sí se produce un estrechamiento considerable. Al igual que ocurría con la deformación unitaria ε, se puede analizar el valor de estricción como la diferencia de secciones en relación con la sección original:

Estricción = (S₀ - S_ROTURA ) / S₀