La dureza

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De verdad podéis creerme, cuando os digo que esta es una de las más importantes propiedades mecánicas de los materiales ¡y encima es fácil de entender! Luego veremos el porqué.

Os recuerdo brevemente una parte de un artículo anterior, donde hablábamos del gráfico tensión-deformación, concretamente del tramo 3, que era el punto a partir del cual, si seguíamos manteniendo la fuerza aplicada, el material no recobraba su posición original, o sea, quedaba deformado, aquello que denominamos deformación plástica. Chupado ¿no?

Pues bien, la dureza se define como la resistencia de un material a ser rayado o aboyado, o sea, la resistencia que opone a traspasar el tramo 3 de manera local (en una zona o punto). Más sencillo todavía, cuando intentamos rayar algo (con un llave de casa por ejemplo), o intentamos aboyarlo (dando golpes con la misma llave, que por supuesto ya no abrirá ninguna puerta), y no lo conseguimos, decimos ¡esto está duro! Pues eso es, si un material tiene un elevado valor de dureza nos costará llevar a cabo lo comentado.

Para medir esta propiedad de realiza el denominado ensayo de dureza; estos ensayos para determinar la dureza, tienen en común que utilizan un aparato llamado durómetro (que podemos ver en la foto). Este aparato utiliza una punta que clavamos encima del material a ensayar, aplicando diferentes tipos de cargas (mediante pesos), y así obtenemos un valor dentro de unas escalas de valores, que veremos luego. Ahora veamos como hacer este ensayo:

  1. Colocamos una muestra del material o la pieza, encima del eje central que vemos en la foto, en esa especie de sombrero de copa que hay encima del vástago roscado
  2. Se coloca una punta en la parte superior, según el tipo de escala en el que queramos medir. Lo llamamos penetrador ¡porque penetra! (vale, lo dejo aquí)
  3. Colocamos los pesos dentro del durómetro. Los pesos son esos discos negros que aparecen en la foto, al lado del aparato. Cada uno de ellos lleva una placa identificando su peso y el ensayo para el que se usan (al menos eso llevan los que yo conozco).
  4. Si comenzamos a dar vueltas a la base, por los asideros negros, el vástago sube, y aprieta el material contra la punta, durante un tiempo determinado que también es función del tipo de ensayo. Esta presión, en función del tipo de material, dejará una huella provocada por la punta, que será la que nos dará la información sobre la dureza del material.
  5. Si el durómetro tiene reloj o otro sistema de lectura, nos dará directamente el valor obtenido. Sino lo tiene, y para no aburrir al personal y dejaros medio dormidos a estas horas, no os explicaré toda la parte de cálculo, pero sí os apunto, que se basan en la medición de las huellas que dejan sobre el material.

Antes de hablaros de la aplicación real de esta propiedad en la industria, daremos unos pequeños apuntes sobre los sistemas de medición de dureza más conocidos y por tanto, más usados:

  • Dureza Rockwell. Es el método más usado para medir la dureza ya que es muy fácil de realizar. Se realiza con una punta de diamante cónica, o con una esfera de acero de diferentes tamaños. Es el método más utilizado para medir la dureza de los aceros. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

  • Dureza Rockwell superficial. Este método es igual que el anterior, con la variante que realiza una deformación menor en el material, es más superficial, por eso suele utilizarse cuando se miden planchas delgadas de material, o sea, espesores pequeños (de menos de un milímetro). También se usa para obtener la dureza de los tratamientos térmicos, que aunque ya hablaremos de ellos, os avanzo que se aplican sólo en las primeras capas del material, con espesores a veces de 20, 30 ó 40 micras (micra, a parte de un coche, es un milímetro dividido mil veces. Un pelo humano ¡de la cabeza! tiene entre 50-70 micras). Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

  • Dureza Brinell. Este método al igual que el anterior, utiliza una punta esférica para determinar el valor de dureza, pero es más utilizado para ensayar sobre metales blandos, como bronces y latones. Es el más antiguo de todos, data del 1900. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

  • Dureza Vickers y Knoop. En este método también se utiliza una punta de diamante, pero en este caso la forma es de una pirámide. Se utiliza al igual que la dureza Brinell para materiales blandos, por eso sus escalas son coincidentes, eso sí, este es una mejora del anterior, ya que permite realizar los ensayos sobre piezas de menor espesor. Si queréis ampliar información sobre este método, hacer clic aquí.

Como podéis imaginar, no todas estas escalas coinciden, por eso, entre algunas de ellas, se deben utilizar tablas para establecer sus equivalencias. Podéis consultar esta tabla, o descargarla en PDF.

Por último, en cuanto a escalas, quería mostraros una escala muy famosa, que se utiliza sobre todo en minerología, y que incluso ha dado pie a preguntas del famoso Trivial Pursuit®, así que echar un vistazo a la escala y quedaros al menos con el primero y el último, esta es la escala de Mohs. ¿Cuál es mineral más blando? ¿y el más duro?

Ahora sí va…por último, os hablaré de porque este ensayo y esta propiedad es tan importante en la ingeniería, cuando a priori, existen otras propiedades que nos deberían interesar más, como la resistencia mecánica, por ejemplo.

Que sí, que sí, que por último, resulta que como tanto la dureza, como la resistencia mecánica, vienen determinadas por la deformación plástica del material (recordar que hemos hablado de esto al inicio), resulta que existe cierta proporcionalidad entre sus valores, así que estableciendo una factores de conversión, podemos determinar a través del ensayo de dureza, la resistencia mecánica de un material. Así que, el ensayo de dureza se utiliza mucho más que el ensayo de resistencia porque:

  • Es más barato. Sobre todo el equipo
  • Es un ensayo no destructivo, o sea no nos cargamos la pieza como en el de resistencia.
  • Nos permite extrapolar datos precisos para obtener la resistencia mecánica del material.

Como se que os habéis quedado con ganas de conocer el ensayo de resistencia mecánica de un material, más adelante os hablaré sobre ello.

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Publicado el 19 octubre 2007 en ciencia, ingeniería, materiales y etiquetado en , , , , , , , , , . Guarda el enlace permanente. 3 comentarios.

  1. esta pagina es fantastica me voy a sacar beinte en mi tarea te adoro pagina

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