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8/18/2019 Tipos de Ensayo de Dureza y Difusión de Átomos
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Tipos de ensayo de dureza y difusión de átomos.
ResumenEn la siguiente te investigación comprenderá y se
analizaran los distintos
tipos de ensayos de dureza que se puede aplicar a los materiales
para conocer
distintas características, además de la difusión de sus átomos
en los distintosmateriales.
Introduccion
La dureza es una condición de la supercie del material, no
representaninguna propiedad de la materia y está relacionada con
las propiedades elásticas yplásticas del material. Si ien, es un
t!rmino que nos da idea de solidez o rmeza, noe"iste una denición
#nica acerca la dureza y se la suele denir aritrariamente
enrelación al m!todo particular que se utiliza para la
determinación de su valor. $e estamanera algunas deniciones
son%&' (esistencia a la identación permanente a)o cargas
estáticas o dinámicas *durezapor penetración'
+' sorción de energía a)o cargas de impacto o dinámicas *dureza
por reote'-' (esistencia a la arasión *dureza por desgaste''
(esistencia al rayado *dureza por rayado'./ndependientemente de las
deniciones enumeradas, en general, se entiende pordureza la
propiedad que tienen los materiales de resistir la penetración de
un identadora)o carga. En este sentido deniremos dureza comola
resistencia de un material a la deformación plástica
localizada.
Los diferentes m!todos desarrollados para medir la dureza en
generalconsisten en producir una deformación local, en el material
que se ensaya, a trav!s deun identador.
• Ensayos estáticos en lo que la carga se aplica en forma
estática o cuasi0
estática. En este caso un identador se presiona contara la
supercie de ensayo
con una carga que se aplica en forma relativamente lenta. En
general lamedida de dureza en este tipo de ensayo resulta del
cociente de la cargaaplicada y el área de la 1uella que de)a el
identador en la supercie, como es elcaso del m!todo 2rinell,
3ic4ers y 5noop, o ien es una medida de laprofundidad de la
identación como en el ensayo (oc46ell.
• Ensayos dinámicos en los que la carga se aplica en forma de
impacto. Engeneral el identador es lanzado sore la supercie a
ensayar con energíaconocida y el valor de dureza se otiene a partir
de la energía de reote delpenetrador luego de impactar en la
muestra, como sucede en el m!todo deS1ore y en el de Lee, amos
conocidos como m!todos de dureza por reote.Si ien se pueden
clasicar en este grupo m!todos como el de 7oldi, o unomuc1o más
moderno como el 89/ 8ltrasonic 9ontact /mpedance, los de reote
son los más representativos de los ensayos dinámicos de
dureza.
En los ensayos dinámicos los resultados otenidos son
dependientes de laspropiedades elásticas del material que se ensaya
y en general los valores soncomparales entre materiales en los que
dic1as propiedades son iguales, o ien serequiere la caliración del
instrumento antes de ensayar un material cuyo móduloelástico es
desconocido.
En general se puede utilizar la medición de dureza para%•
Evaluar la efectividad de un tratamiento t!rmico.
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• Evaluar la resistencia al desgaste de un material
• Evaluar la maquinailidad del material.
• :tener una idea de la resistencia a la tracción de un
material.
Antecedentes
En mineralogía se utiliza la escala de
;o1s *imagen &', creada por el alemán , que mide la
resistencia al rayado de los materiales. *?i4ipedia,
+>&@'
Dureza Mineral Composición
química
1 Talco, *se puede rayar fácilmente con la uAa'
;g-Si:&>*:B'+
2 Ceso, *se puede rayar con la uAa con más dicultad'
9aS:D+B+:
3 9alcita, *se puede rayar con una moneda de core' 9a9:-
4
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tiene un ángulo de aertura de &+>G y un radio de >.+
mm, en lapunta.
Las prueas (oc46ell estándar requieren que se emplee una carga
ligera
de &> 4g, para asentar rmemente el penetrador en la
supercie de la muestraM esto se
conoce como carga menor. $espu!s de la aplicación de la carga
menor, se pone a cero
el calirador de profundidad y se aplica y se retira una carga
mayor, llamada carga
principal. ;ientras estáM actuando todavía la carga menor, se
mide la profundidad de
penetración permanente. El indicador de profundidad, que sirve
para medir la
penetración, se calira en forma tal que su lectura se 1aga
directamente en índices de
dureza, en vez de pulgadas. Las cargas más usuales para las
prueas (oc46ell están
dar son de @>, &>> y &> 5g.
Las prueas (oc46ell superciales se utilizan para medir la dureza
de
muestras delgadas y de otras que sólo tienen una capa delgada de
endurecimiento
supercial *que se conoce como cápsula) sore una ase landa
*llamada núcleo). Los
penetradores e"istentes para las prueas superciales son los
mismos que los que se
emplean para las prueas estándar. Las cargas para las prueas
superciales son
muc1o más ligeras que para prueas estándarM la carga menor es de
- 4g y la mayor
de &, -> ó 4g.
La amplia gama de cominaciones de penetradores y cargas permite
la
adaptación de la pruea (oc46ell a una variedad igualmente amplia
de materiales de
diversas durezas. El penetrador de diamante permite proar
fácilmente los aceros más
duros, y las olas grandes permiten proar materiales landos e,
incluso, plásticos. En
general, se considera que las prueas de (oc46ell no son
destructivas, ya que las
cargas ligeras y los pequeAos penetradores producen impresiones
diminutasM sin
emargo, a causa de la pequeAez de las impresiones, deen tomarse
varias lecturas
para otener un resultado representativo. demás, cuanto menores
sean las
impresiones tanto mayores dee ser el cuidado que se tenga al
preparar la supercie.
*ucn, +>>-'
$ureza vic4ers% La determinación de la dureza 3ic4ers es similar
a la
/magen 0 penetrador de diamante
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2rinell ya que se otiene del cociente de la carga aplicada por
la supercie de la
impronta. Sin emargo en este caso se utiliza una carga pequeAa y
el penetrador es un
diamante en forma de pirámide *3ea gura '.
,>>& mm y elvalor de d resultará del promedio de amas
diagonales.
Las cargas pueden variar de & a &>> 4g seg#n el
espesor y tipo de material. En generallas máquinas estándar proveen
cargas de &, +., , &>, +>, ->, >, &>>
y &+> 4g de lascuales las de -> y > 4g son las más
usadas.
$e esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es
necesario indicar lacarga, así HV30 signica dureza 3ic4ers con una
carga de -> 4g. *;onse, +>&+'
Micro'dureza (noop)
En la microdureza 5noop se utiliza un penetrador de diamante
*3ea gura '.
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9omo se verá, en general, los resultados que arro)an los
m!todosdinámicos son dependientes de la elasticidad del material y
por lo tanto los resultadosson comprales en materiales con las
mismas propiedades elásticas. *$ureza, +>&'
En el grupo de los ensayos dinámicos se puede incluir sin
discusiónalguna los ensayos de dureza por reote. En los m!todos por
reote el identador forma
parte de un percutor que es lanzado sore la supercie a ensayar
con energíaconocidaM el valor de dureza se otiene a partir de la
energía de reote del percutorluego de impactar en la muestra *3ea
gura @'.
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Los m!todos convencionales 3ic4ers, 5noop o 2rinell requieren la
evaluación óptica dela 1uella que produce el identador a)o una
carga determinada.
En el m!todo 89/ HUltra Sonic Contac IpedanceI la 1uella no es
evaluadaópticamente sino a trav!s de la medición electrónica del
corrimiento de la frecuenciaultrasónica con la que se e"cita el
identador.
El m!todo 89/ utiliza un identador 3ic4ers su)eto a una varilla
que es e"citadaarmónicamente, a una frecuencia apro"imada de >
4B, por un sistema detransductores piezoel!ctricos *3ea imagen
F'.
/magen F % Esquema del sistemade medición de dureza *89/'
$e esta manera la varilla que soporta al identador oscilará a la
frecuencia deresonancia correspondiente como si fuera un sistema
masa resorte *3ea imagen &>'.
/magen &>% ;odelo de masa0resorte de la
varillaoscilante.
Si se piensa a la supercie a identar formada por numerosos
resortes atómicos y sus
correspondientes masas, cuando el identador es presionado contra
la supercie semodicará la frecuencia natural del sistema. Esto se
dee a que a1ora el sistemaincluye al con)unto masas0restes atómicos
*3ea imagen &&'.
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/magen &&% ;odelo de lazona de contacto en
laidentación.
Dureza &rinell de taller o M*todo de /oldi)
El aparato 2rinell portátil se asa en el mismo criterio que el
2rinell ya visto, con ladiferencia que la carga en este caso se
aplica en forma dinámica a trav!s de un golpecon martillo *3ea
imagen &+'.
El aparato se compone de un cilindro 1ueco en cuya parte
inferior se encuentra laolilla y en su parte superior se encuentra
el percutor, que al ser golpeado le transmitela carga al cuo patrón
de dureza conocida y este a la olilla que provoca la impresiónsore
el material.
7or efecto del golpe el penetrador produce dos impresiones, una
en el material aensayar y otra en el cuo patrón. partir de los
diámetros de amas improntas ymediante talas que acompaAan al
aparato se puede determinar la dureza. *$ureza,+>&'
8tilizando la formula de 2rinell Eq. - y dado que la carga que
act#a sore el elementopatrón es la misma que act#a sore la supercie
a ensayar, la dureza de la pieza aensayar resulta%
!"ura 13.1
donde H#$ es la dureza del cuo patrón, d$ es el diámetro de la
impronta en el cuopatrón y dp el diámetro de la impronta en la
pieza.
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/magen &+% $ispositivo para ensayo de dureza
7oldi.
$ifusión de átomos
Los átomos se mueven de una manera predecile, tratando de
eliminar diferencias deconcentración y de producir una composición
1omog!nea y uniforme.
/mportantes aplicaciones de la disfunción de los átomos en los
materiales
• La manufactura de los cerámicos.• La solidicación de los
materiales.• La faricación de transistores.• La faricación de
celdas solares.•
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La razón de movimiento está relacionada con la temperatura o
energíat!rmica, mediante
la ecuación de rr1enius.
0a diusión es el moimiento de los tomos en un material.
Los átomos se mueven de manera ordenada, tendiendo a eliminar
lasdiferencias de
concentración y producir una composición 1omog!nea en el
material. Los átomospueden tami!n ponerse en movimiento aplicando
volta)es o fuerzas e"ternas almaterial. *$ureza, +>&'
Diusión por acancias
Diusión intersticial
Diusión por acancias% intercamio de un átomo de una posición
reticular normal a una
vacancia o lugar reticular vecino vacío. La tasa depende de%
P#mero de vacancias yla energía de activación para el
intercamio.
Mecanismos de diusión intersticial. La difusión
intersticial de losátomos en las redes
cristalinas tiene lugar cuando !stos se trasladan de un
intersticio a otro contiguo sindesplazar permanentemente a ninguno
de los átomos de la matriz de la red cristalina.7ara que el
mecanismo intersticial sea efectivo, el tamaAo de los átomos que
sedifunden dee ser relativamente pequeAo comparado con los de la
red.
La velocidad a la cual se difunden lo átomos en un material se
puede
medir mediante el
u)o J, que se dene como el n#mero de átomos que pasa a trav!s de
un plano desupercie unitaria por unidad de tiempo *gura 0'.
La primera ley de
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8na pequeAa cantidad de energía de activación incrementa el
coecientede difusión y el
u)o, porque se requiere menor energía t!rmica para vencer dic1a
arrera de energíade activación. 3arios factores inuyen en la
energía de activación, y por tanto, en lavelocidad de difusión. La
difusión intersticial, con una energía de activación a)a por lo
general ocurre muc1o más a prisa que la difusión por vacancias o
sustitucional.*;onse, +>&+'
(eferencias 'puntes (urea. *& de ;ayo de +>&-'.
:tenido de
1ttp%OO&F>.&>.&@>.&OVmaterialOmaterialesOpresentacionesOpunte$ureza.pdf
ucn. *&F de >-'. :tenido de1ttp%OO666-.ucn.clO>@'.
:tenido
de1ttp%OOsisi.unmsm.edu.peOivirtualdataOpulicacionesOindataOvolW+Oa&-.pdf
U*V . *& de Septiemre de +>>-'. :tenido
de1ttp%OO666.upv.esOmaterialesO&'. slideshare. :tenido
de1ttp%OOes.slides1are.netOcarlairaizarrioslopezO&0movimiento0de0tomos
;onse. *+>&+'. disusion en solidos.
Santos E, C. $. * +>>&'. 'cerca del ensao de
durea. /P$8ST(/L $T.
