Ensayo de dureza Knoop

La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micro penetración de una punta (penetrabilidad).
En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza.
El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido.
Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes:
• Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción.
• Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard.
• Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella.
• Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial.
• Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000.
• Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros.
• Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor.
• Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell.
Conceptos Generales:
• La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta (penetrabilidad).
• Se denomina dureza a la resistencia a ser rayado que ofrece la superficie lisa de un mineral, y refleja, de alguna manera, su resistencia a la abrasión. Mediante el estudio de la dureza de un mineral se evalúa, en parte, la estructura atómica del mismo pués es la expresión de su enlace más débil.
• El grado de dureza se mide en mineralogía por comparación, determinándose la facilidad o dificultad en que un mineral es rayado por otro. Un mineral blando siempre es rayado por cualquier mineral más duro y nunca al revés.

Dureza
Objetivos
- conocer y manejar la maquina universal para el ensayo de dureza.
- conocer el procedimiento adecuado para la realización de un ensayo de dureza que arroje resultados validos.
- identificar el tipo de ensayo que se debe aplicar a un material especifico.
- manejar de manera correcta las formulas necesarias para la determinación de los números de dureza brinell rockwell y vickers.
Teoría del ensayo
la dureza es una propiedad fundamental de los materiales y esta relacionada con la resistencia mecánica. la dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie. cuanto mas pequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, mas duro será el material ensayado. el penetrador en un ensayo de dureza es generalmente una esfera, pirámide o cono hecho de un material mucho mas duro del que se ensaya, como por ejemplo acero endurecido, diamante o carburo de tungsteno sinterizado.
En la mayoría de las pruebas patrón, la carga se aplica al oprimir lentamente el penetrador, perpendicularmente a la superficie ensayada, por un periodo determinado. de los resultados obtenidos se puede calcular un valor empírico de dureza, conociendo la carga aplicada y el área de la sección transversal o la profundidad de la impresión. el ensayo de dureza nunca se debe realizar cerca del borde de la muestra o cerca de otra penetración ya existente. en este ultimo caso, la distancia mínima para efectuar una penetración es de tres veces el diámetro de la penetración anterior. otra condición, es que el espesor de la probeta a ensayar, sea de por lo menos 10 ½ veces el
diametro de la impresión, con el fin de evitar el efecto yunque.(brinell)
Las penetraciones microscópicas de dureza se hacen empleando cargas muy pequeñas y se usan para estudias variaciones localizadas de dureza en materiales monofasicos y multifasicos (aleaciones), así como para medir la dureza de granos metálicos, esto es tambien conocido como “microdureza”
La mayoría de las pruebas de dureza producen deformación plástica en el material y todas las variables que influyen en la deformación plástica la afectan; por ejemplo, ya que el esfuerzo de cedencia se ve afectado considerablemente por la cantidad de trabajo en frío y el tratamiento térmico al que se halla sometido el material, la dureza se vera afectada por los mismos factores. en aquellos materiales que muestran características similares de endurecimiento por trabajo, existe una valida correlación entre la dureza y la resistencia máxima a la tensión. la prueba de dureza puede hacerse muy fácilmente y la información obtenida se evalúa inmediatamente. por estas razones y por su carácter no destructivo, se emplea frecuentemente para control de calidad en producción.
Además de la resistencia a la penetración, otros métodos de medición de la dureza pueden basarse en el raspado de la superficie o en la medición del rebote elástico de una pelota dura, algunos de estos metodos son: dureza mohs, ensayo con lima, ensayo tukon, dureza knoop, ensayo shore, ensayo con el monotron.


Dureza KNOOP ( HK ):
Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y microdurezas (P=10 gr-500 gr).
El penetrador esta hecho con una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7. Sus ángulos entre aristas son a = 130° y b = 172°30’; de donde obtenemos:

El método Knoop se emplea sólo en laboratorio, para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de depósitos electrolíticos.
Nomenclatura: XXX HK P/t
Condiciones de Ensayo:
1. D £ 3e (e= espesor de la probeta)
El método Knoop se desarrolló por el National Bureau of Standards (USA) en 1939. Se emplea un penetrador de diamante piramidal de base rómbica de geometría mostrada en la figura 3. El penetrador Knoop produce una huella relativamente poco profunda (1/30 de la longitud de de la diagonal mayor) cuando se compara con una carga realizada por penetrador Vickers.

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