Propiedades Mecánicas - Dureza

 Hola Amigos bienvenidos de nuevo, cuando hablamos de propiedades mecánicas estamos partiendo del hecho de que un metal o una aleación debe cumplir una aplicación para lo cual fue diseñado. Por ejemplo, si queremos diseñar un vehículo espacial para enviar carga al espacio, no se utilizarían materiales muy densos porque eso afectaría el consumo de combustible durante el lanzamiento, se necesitaría un material que sea resistente y a la vez liviano.

Aquí es donde las cosas se ponen interesante y usted como estudiante puede llegar a preguntarse como las propiedades mecánicas de los materiales me ayudan con el diseño de mis piezas. Vamos a partir de un metal (M) del cual sabemos que pertenece a un grupo de la tabla periodica, que tiene una densidad, un punto de fusión o ebullición, que tiene la capacidad de conducir electricidad y calor todas esas cosas que se ha mencionado en los otros artículos, además esta conformado por átomos y estos se ordenan en una estructura cristalina.

¿Que és una estructura cristalina? 

Para entender las propiedades mecánicas, se debe entender las estructura cristalinas que es la manera en que los átomos se ordenan tridimensionalmente; a manera de resumen las estructuras cristalinas conocidas son la cúbica, la hexagonal, la monoclinica, la ortorrombica, tetragonal, triclinica y rombohedríca. La mayoria de los metales y aleaciones que nos intersan cristalizan en el sistema cúbico y a su vez su ordenamiento atómico puede ser de tipo cubico centrado en el cuerpo (BCC) ó cúbico centrado en las caras (FCC), luego viene un aspecto interesante, los metales pueden formar aleaciones pero nosotros como metalúrgicos debemos encontrar el punto exacto en la cual las aleaciones que formemos puedan tener las propiedades deseadas y esto estimados amigos da mucho material para hablar y en futuros artículos lo analizaremos

¿Como mido las propiedades de un material?

Aquí llegamos al punto en donde ustedes deben aprender las herramientas de evaluación de los materiales y a manera de resumen les contaré como pueden ustedes sacar el mayor provecho a los ensayos. Primero que nada deben entender que los ensayos mecánicos estan estandarizados de tal manera que, las pruebas que realicen se rijen bajo una normativa, en este lado del mundo en America nos guíamos por las normas ASTM, en Europa tienen sus normas aplicadas que no difieren mucho de su par americano, esto tiene la finalidad de que todos hablemos el mismo idioma a nivel de ensayos.

El primer ensayo del cual hablaré es el de dureza, en un ensayo rápido y puede dar una idea aproximada de la resistencia de un material, entrelos tipos de ensayos tenemos:

1. Ensayo Rockwell

2. Ensayo Brinell

3. Ensayo Vickers

4. Dureza Knoop

El primero es el favorito de muchos ya que usted coloca la pieza a analizar aplica la carga y el numero que de el equipo representa la dureza, lo importante aquí es establecer que carga se va a aplicar y que identador va a utilizar, en el ensayo Rockwell se puede utilizar identadores con bolas de acero de diferentes diametros 1/16, 1/8 y cargas de 60, 100 y 150 Kg. Si se usa 60Kg se tiene una dureza Rockwell A (RA), para 100 Kg seria (RB) y 150 (RC). Ahora viene lo interesante y sería mi pregunta para ustedes como por ejemplo ¿Recibo un material y no conozco su resistencia, que escala escojo?

Aquí juega mucho la experiencia pero como ustedes estan en esa etapa de formación vamos a darles unos tips, quizas en los cometarios pueden aparecer mas ideas de como evaluar la dureza de un material correctamente, bien lo primero es ver el estado de la pieza, ¿Plana, circular, gruesa, delgada, deformada, cilindrica, esta oxidada, origen de la pieza, tiene o no tratamiento térmico? Si la pieza es plana no debe moverse durante la aplicación de la carga, porque el resultado será erroneo, por ejemplo recibo una pieza plana pero al colocarla en la base del equipo esta tiembla cuando la aprisiono con un dedo, en este caso, se desbasta la pieza en lija gruesa y se vuelve a colocar en la base, si esta no tiembla y se ve plana totalmente entonces se la aplica la carga.

Si la pieza es esférica se debe colocar en el adaptador y desbastar la parte que se desee medir con esto se elimina la capa de óxido superficial que puede dar resultados erroneos.

¿Que carga aplicar? Aquí tambien influye mucho la experiencia, una idea es que si se le realizó una evaluación microestructural puedes tener una idea de la microestructura y de ahi seleccionar la carga, por ejemplo un acero llega y el analisis indica que su microestructura es martensita (muy dura) puedes entonces seleccionar la escala RC, un identador de diamante y la carga maxima de 150 Kg

En el caso de que no tengas esa evaluación se debe aplicar la carga máxima y evaluar la huella que deja en la superficie y compararla con el patron de calibración, por ejemplo tengo una pieza no conozco su microestructura y aplico la carga máxima con el identador de diamante y al ver la huella resulta que parece un crater de impacto de asteroideses muy grande en comparación con la huella que muestra el patron de calibración, en ese caso bajo la escala y cambio el identador por una bola de acero y la carga a 100 Kg si la huella coincide entonces el valor obtenido es el correcto (Valor obtenido es el promedio de 3 a 5 mediciones sobre la pieza a una distancia entre marcas de 2 huellas)

En algunas ocasiones los datos deben ser dados en escala Brinell, a diferencia del Rockwell en Brinell se mide la huella dejada por el identador en la superficie usando un microscopio con escala adaptada de tal manera que al conocer el diámetro de la huella, más el diámetro de la bola de acero empleada y la carga aplicada (Kg) se aplica una fórmula la cual le dará el número de dureza Brinell

Para realizar mediciones de dureza con materiales que no son muy resistentes, o que tienen un espesor muy delgado, para tratamientos superficiales se utiliza el ensayo Vickers, aqui se mide la huella marcada por un identador en forma de pirámide con base cuadrada de 136° que se somete a cargas que van desde 1 Kg hasta 120 Kg. Una vez medida la huella con un microscopio se procede a calcular la dureza utilizando la fórmula establecida

Por último, tenemos microdureza y como su nombre lo indica se mide la dureza a nivel microscópico digamos tenemos un material compuesto y se desea medir una fase específica este tipo de ensayo permite determinarla, la dureza Knoop aplica cargas desde 1 a 1000 gr 

Para terminar este post, lo importante para ustedes como estudiantes de esta área es que el ensayo de dureza estima la capacidad de resistencia de un material cuando se somete a una carga, la respuesta del material te puede ayudar a conocer su resistencia sin embargo, no es un ensayo 100% definitivo, ya que la información suministrada te da una referencia, si queremos profundizar en un ensayo mas completo debemos  utilizar otros equipos 

En el próximo artículo hablaré del ensayo de tracción 

Saludos