DUREZA Y TIPOS DE DUREZA.

La  dureza es una medida de la resistencia de un metal a la deformación permanente (plástica). La dureza de un metal se mide forzando la indentación de un penetrador en la superficie del metal. El penetrador, que normalmente es una bola, pirámide o cono, está fabricado con un material mucho más duro que el material a ensayar. Por ejemplo, el material empleado en estos penetradores suele ser acero templado, carburo de tungsteno o diamante. En la mayoría de los ensayos de dureza normalizados se aplica lentamente una carga conocida, que presiona el penetrador contra la superficie del metal a ensayar y perpendicularmente a ésta. Después de producir la indentación, se retira el penetrador. Se calcula o se lee en un dial un número empírico de dureza basado en el área del corte transversal de la huella producida o en su profundidad. (Smith,2009, p.227) [1].

La dureza del material se mide según  sea la facilidad con la que puede ser deformada plásticamente, por lo tanto se puede asignar una relación experimental de dureza para cada material en particular. El ensayo de dureza no es destructivo, es por eso que es común la utilización de este ensayo en control de  calidad de procesos industriales.

Los ensayos de dureza se diferencian por los diferentes tipos de penetradores y huellas, que se utilizan para obtener la medición. Entre los diferentes tipos encontramos la dureza Leeb, dureza Vickers, dureza Rockwell y dureza Knoop.

[1]    Smith, W. Hashemi,J. (2006), Fundamentos de la Ciencia e ingeniería de los Materiales. Editorial. McGraw Hill. México.

DUREZA LEEB

El principio de dureza Leeb está basado en el método (de rebote) dinámico. Un cuerpo de impacto con una punta de prueba de metal duro es propulsado mediante fuerza de resorte contra la superficie de la pieza de ensayo. Cuando el cuerpo de impacto pega en la superficie de ensayo sucede una deformación de la superficie, lo cual causa una pérdida de energía cinética. La pérdida de energía es detectada por medio de la comparación de las velocidades de impacto y de rebote vi y vr cuando el cuerpo de impacto está a una distancia exacta de la superficie tanto para la etapa de impacto como para la etapa de rebote del ensayo. Proceq (2018)[2].

 Las velocidades se miden usando un imán permanente en el cuerpo de impacto el cual genera un voltaje de inducción en la bobina posicionada precisamente en el cuerpo de impacto. El voltaje detectado es proporcional a la velocidad del cuerpo de impacto. A continuación, el procesado de señales proporcionará la lectura de dureza. Proceq (2018)[2].

Grafica de dureza prueba Leeb. [2]

[1]  https://www.proceq.com/uploads/tx_proceqproductcms/import_data/files/Equotip%20550%20Sales%20Flyer_Spanish_high.pdf

EL PRINCIPIO DE MEDICIÓN DE ROCKWELL

Durante las mediciones Rockwell, un indentador de diamante es forzado a penetrar la pieza de ensayo usando una fuerza controlada exactamente. La profundidad de indentación del diamante es medida continuamente mientras que una carga es aplicada y soltada. De las profundidades de indentación d1 y d2 registradas para dos cargas definidas se calculará la diferencia: Δ = d2 – d1 . Lo mismo tradicionalmente se conoce como deformación plástica. Proceq (2018)[2].

Esquema de Prueba Rockwell.[2]

Existen diferentes tipos de prueba rockwell, estas se diferencian por el metodo de penetración, los diametros de penetración y la carga que cada prueba maneja. A continuación se muestra una tabal donde se ven las caracteristicas de cada prueba.

Diferentes tipos de Prueba Rockwell.[1]

[1]    Smith, W. Hashemi,J. (2006), Fundamentos de la Ciencia e ingeniería de los Materiales. Editorial. McGraw Hill. México.

[2]   https://www.proceq.com/uploads/tx_proceqproductcms/import_data/files/Equotip%20550%20Sales%20Flyer_Spanish_high.pdf

PRUEBA DE DUREZA KNOOP

El ensayo Knoop se desarrolló como una alternativa al ensayo Vickers, principalmente con el fin de superar las fracturas en los materiales quebradizos y facilitar la posibilidad de realizar ensayos sobre capas finas. El penetrador Knoop es una pirámide de diamante que, en vez de ser simétrica, es alargada. La dureza Knoop (HK) se calcula midiendo la longitud de la diagonal larga de la penetración.[1]

Ensayo de mircodureza Knoop.[2]

[1]    Smith, W. Hashemi,J. (2006), Fundamentos de la Ciencia e ingeniería de los Materiales. Editorial. McGraw Hill. México.

[2] https://www.struers.com/es-ES/Knowledge/Hardness-testing/Knoop

SISTEMAS DE DESLIZAMIENTO EN HCP

En la estructura cristalina HCP, podemos evidenciar que el plano basal es el plano preferente de deslizamiento, lo podemos evidenciar al hacer el cálculo de la ecuación del FAP´, donde se relaciona el área de los átomos en el plano, sobre el área del plano. Se realizo una comparación con el resultado del FAP, con los planos prismáticos, donde se evidencio que el FAP del plano basal es mayor al FAP delos planos prismáticos.

IMPERFECCIÓN DE ÁTOMO IMPURO EN ARREGLOS ATÓMICOS.

Después del proceso de fundición de un metal, se produce la solidificación, en la cual el crecimiento de núcleos permite la formación de cristales. Estos cristales no son 100% puros o perfectos y por lo general muestran defectos o imperfecciones es su estructura cristalina normal. Uno de los factores más contribuyentes en la formación de imperfecciones es la temperatura o la mezcla de sustancias.

En el caso específico del átomo impuro o sustitucional, se tiene una estructura formada por un solo tipo de átomo, pero puede que otra partícula con un radio atómico muy similar que no difiera de un 15%, gene enlaces con los demás átomos.

PLANOS PREFERENTES DE DESLIZAMIENTO EN ESTRUCTURAS CRISTALINAS BCC

Las estructuras cristalinas BCC, se caracterizan por tener parámetro de red a, b y c de la misma longitud, además de la ubicación de un átomo en el centro de su celda unitaria. La deformación plástica, cuando un material con esta estructura es sometido a un esfuerzo, depende del sistema de deslizamiento, el cual está definido por un plano y una dirección de deslizamiento, pero ¿cuál de las tres familias de planos, son los planos preferentes de deslizamiento?

Esta familia de planos se caracterizará por tener una fracción atómica lineal o FAP más grande, las tres familias de planos son: (1) Planos sobre las caras de la celda unitaria {100}, (2) Planos diagonales a las caras de la celda unitaria {110} y (3) planos diagonales a la celda unitaria {111}.

Para poder hacer una comparación y conocer cuál de las familias de los planos es la preferente, se realizará el cálculo del FAP de las diferentes familias de planos para la estructura del hierro, el cual tiene un radio atómico de 0.1441 nm y un parámetro reticular a de 0.2866 nm.

Realizando las operaciones de la fracción planar para las diferentes familias podemos evidenciar que la familia {110} tiene una fracción mayor, es decir que son los planos preferentes de deslizamiento.