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Todo lo que necesita saber sobre la dureza de los materiales

Explore los conceptos básicos de la dureza de los materiales, incluidos los tipos, los métodos de prueba y los factores que los afectan, en fabricación e ingeniería.
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Es una regla general considerar el entorno funcional en el que se va a utilizar o instalar una pieza en particular. Elegir los materiales que se utilizan en la producción de un producto seguramente puede ser complicado, pero el uso final es la mejor guía en caso de tal confusión.

Uno de los aspectos más importantes que ocupan un lugar central al tomar decisiones de producción que rompen acuerdos es la dureza del material. 

La dureza del material, a primera vista, puede parecer un concepto dado, pero el trasfondo de este aspecto es profundo. En este artículo vamos a descubrir y analizar la importancia y los tipos de dureza de los materiales, ¡así que prepárate para ser iluminado!

¿Qué es la dureza del material?

Como sabes, es importante contar con un material que pueda soportar deformaciones, abolladuras, rayones, etc. En palabras simples, la dureza del material es la medida de resistencia que tiene un material hacia las fuerzas externas. Básicamente, es como hablar de la dureza de los metales, minerales, plásticos, etc.

Dureza de los materiales

Por ejemplo, pase los dedos por la superficie de un diamante y luego por un trozo de tiza. Observará que el diamante es liso y la tiza se desmorona y es desigual. La diferencia en su respuesta a las fuerzas externas nos dice todo sobre su dureza material.

Dureza del acero en la fabricación de moldes

La dureza del acero es un factor esencial en fabricación de moldes. La razón es que afecta el rendimiento, la durabilidad y la vida útil del molde. Ahora bien, debe comprender que la dureza es un factor esencial a considerar al elegir el acero perfecto para moldear. 

En la fabricación de moldes, se puede medir la dureza utilizando escalas como Rockwell (HRC), Brinell (HB) o Vickers (HV). En el caso del acero, una mayor dureza le brindará una mejor resistencia al desgaste y una vida útil más larga de la herramienta.

Éstos son algunos de los más comunes molde de acero y rangos de dureza. En primer lugar, están los aceros pretemplados (HRC 30-40), que son adecuados para volúmenes de producción bajos y medios. A continuación, están los aceros endurecidos (HRC 40-50), que se utilizan para aplicaciones de moldeo de uso general. Después de eso, encontrará un acero altamente endurecido (HRC 50-60+), que se utiliza para producciones de gran volumen. 

Puede elegir cualquiera de las categorías mencionadas anteriormente. Sin embargo, recuerde que si desea seguir adelante con el moldeo por inyección y el moldeo por compresión, elija acero altamente endurecido y acero endurecido, respectivamente. El acero de endurecimiento medio es bueno para el moldeo por soplado. 

Al final, los tratamientos superficiales siempre pueden mejorar la dureza y la calidad de desgaste del molde.

Tipos de dureza del material

Por lo tanto, no está mal decir que la dureza del material depende de aspectos como la flexibilidad, la resistencia, la deformación, la plasticidad, la viscosidad, etc. Y como cada material se comporta de manera diferente, estos son los diferentes tipos de dureza:

Dureza al rayado

Los rayones son líneas nítidas que ocurren cuando el material duro roza un material más blando. Esto puede provocar la aparición de rayones. Digamos que está a punto de desenvolver su teléfono nuevo y le preocupan los inevitables rayones. Ahora, si el material tiene una buena propiedad resistente a los arañazos, su teléfono estará seguro. Sin embargo, lo contrario puede resultar perjudicial.

Tipos de dureza del material

Hay muchas formas de comprobar la resistencia al rayado del material, como la escala de dureza de Mohs. Puedes usar esto para minerales o cerámica. Por lo tanto, un material con alta dureza al rayado puede resistir todos los rayones bajo el sol.

El beneficio de tener dureza al rayado es que ya no tendrá que gastar dinero en reparaciones. Puedes comprar un producto nuevo por el resto de tu vida. Si aún tienes dudas, siempre puedes acudir a una prueba de dureza al rayado y no perder la superficie lisa.

Dureza de rebote

Lo siguiente es la dureza del rebote. Imagina que estás driblando una pelota de baloncesto y ésta rebota. Ahora bien, esto es posible gracias a la propiedad de dureza de rebote del material. Entonces, la dureza del rebote es un poco como la calidad del rebote, pero para los materiales. 

Básicamente, un material puede absorber energía cuando es golpeado y luego recuperar su forma original. Por ejemplo, el caucho se comprime cuando lo aprietas y luego vuelve a su forma original cuando lo sueltas. 

Puede utilizar las pruebas Charpy e Izod para comprobar la dureza de rebote de un material. De esta manera, podrás comprobar qué tan bien el material puede soportar el golpe y volverse fuerte. En palabras simples, simplemente deje caer un martillo desde cierta altura y vea si regresa al mismo nivel. Si no es así, probablemente tenga una dureza de rebote baja. 

Dureza de indentación

El ejemplo perfecto es intentar presionar un trozo de masa con el pulgar. Entonces, la impresión que deja en la masa te da una idea de qué tan suave o firme es la masa. Así de simple, la dureza de indentación mide qué tan resistente es su material a la fuerza externa.

Existen algunas pruebas para esto, como las pruebas de Brinell y Vickers. Sólo tienes que presionar el objeto con suficiente fuerza en el material y medir la hendidura. Como resultado, tendrás en tu mano un material que no cede ante la presión, especialmente cuando hay un impacto brusco. 

Factores que afectan la dureza del material

Siempre es importante tener en cuenta algunos factores que pueden afectar la dureza de un material, y son:

Estructura cristalina

Imagine materiales como si estuvieran hechos de pequeños bloques de construcción. Algunos materiales organizan estos bloques de forma ordenada y ordenada, como una pila de ladrillos bien dispuestos (estructura cristalina). 

Otros son un poco más desordenados, como un montón de Legos (estructura amorfa) dispersos. Ahora bien, en lo que respecta a la dureza, importa la forma en que se organizan estos bloques. Los materiales con una planta cristalina tienden a tener características de dureza diferentes en comparación con aquellos con una estructura más aleatoria.

Tamaño de grano

Piense en los materiales como si estuvieran formados por muchos granos pequeños, como una bola de arena. Ahora bien, si estos granos son grandes, habrá menos obstáculos en el camino. Pero, si son pequeños, habrá muchos obstáculos pequeños. 

Los tamaños de grano más pequeños generalmente significan más obstáculos que pueden interponerse en el camino. Esto simplemente significa que puede haber pequeños defectos o irregularidades que pueden afectar la forma en que se doblan los materiales. Por lo tanto, cuantos más obstáculos haya, mayor será la dureza.

Temperatura

Ahora, hablemos de la temperatura. Imagina tu material como un grupo de personas en una fiesta. A temperaturas más altas, es similar a esos invitados que se mezclan libremente y se mueven con facilidad, lo que aumenta el movimiento de los átomos. 

Pero, cuando las cosas se enfríen, los invitados empezarán a congelarse en el lugar. En los materiales, la movilidad atómica reducida a bajas temperaturas puede hacerlos más duros. Se puede decir que se han vuelto más resistentes a los cambios porque los átomos no pueden moverse tanto.

¿Cómo probar la dureza del material?

Aunque esté familiarizado con las teorías de la dureza de los materiales, es importante comprender cómo realizar las pruebas. Hablemos ahora de esas pruebas:

Prueba de dureza Rockwell

Prueba de dureza Rockwell

El principio detrás de esta prueba consiste en comprobar la resistencia del material midiendo cuánto puede resistir cuando se presiona con fuerza. Para ello, puede utilizar la herramienta llamada penetrador. Esta herramienta se utiliza para comprobar hasta qué punto puede empujar una carga pesada dentro del material.

Para empezar, utilice sólo una carga más ligera para asegurarse de que el penetrador esté en el lugar correcto. Luego viene el evento principal, donde puedes usar la carga pesada. Observe la profundidad a la que penetra el penetrador en el material. 

Sin embargo, existen diferentes escalas para analizar los resultados. Para materiales duros se puede utilizar la escala HRC y para materiales blandos la escala HRB. Esta prueba funciona muy bien para metales y aleaciones. Por ejemplo, puedes asegurarte de que el metal del motor de tu coche o la aleación de tu bicicleta estén a la altura del desafío. 

Prueba de dureza Brinell

La prueba de dureza Brinell es como darle un apretón amistoso a un material y ver cómo responde. Se trata de comprobar la “dentabilidad” de un material midiendo el tamaño de la abolladura. Puede utilizar una herramienta especial llamada penetrador esférico para este trabajo. 

El procedimiento es sencillo; simplemente comience presionando una bola pequeña y redonda en un trozo de material. En esta prueba, puede aplicar una cantidad conocida de presión a este penetrador esférico. Después de la prensa, eche un vistazo a la abolladura que quedó. Es como mirar las consecuencias de un pulgar presionando una plastilina. El tamaño de esta abolladura es crucial y siempre se utiliza una fórmula para convertir este tamaño de abolladura en un número. 

Esta prueba es como el superhéroe de las pruebas de dureza de metales. Se utiliza comúnmente para comprobar qué tan duros y resistentes son los metales cuando se los aprieta un poco. Puede asegurarse de que la aleación de su olla favorita pueda soportar las presiones cotidianas que puedan enfrentar.

Prueba de dureza Vickers

En esta prueba, puedes comprobar qué tan bien resiste un material a una pequeña punta de diamante. Imagínese un pequeño diamante en forma de pirámide. Ahora, imagina presionar este diamante contra un material para ver cómo responde.

Imagínese un pequeño diamante en forma de pirámide. Ahora, imagina presionar este diamante contra un material para ver cómo responde. En palabras más simples, se trata de medir el tamaño de la abolladura que deja este pequeño diamante cuando choca con un material bajo carga.

En primer lugar, debes aplicar una carga a este pequeño diamante, como si lo empujaras suavemente hacia el material. Piense en ello como si el diamante le diera un pequeño empujón al material. Cuando haya terminado con esto, observe la abolladura creada. Ahora, aquí está la parte interesante: mide las diagonales de la abolladura, como si comprobaras su ancho y su largo.

Prueba de dureza Knoop

Prueba de dureza Knoop

Este es un primo cercano de la prueba Vickers, la prueba de dureza de Knoop. Es como un hermano pero con una herramienta de diferente forma. Imagínese un diamante, pero esta vez tiene forma de pequeño rombo, no de pirámide. Ese es el penetrador Knoop. Ahora, presione suavemente este diamante único contra un material para ver cómo reacciona.

La prueba de Knoop consiste en medir la abolladura que deja este diamante romboédrico cuando se aplica una carga. En esta prueba, debes medir las diagonales larga y corta de la abolladura. Además, puedes observar la abolladura desde dos ángulos diferentes.

Prueba de dureza Shore

Si tiene curiosidad sobre qué tan suave o resistente es la funda de goma de su teléfono, entonces Shore Hardness Test es la solución para usted. Esta prueba es como un suave golpe para ver cuánto puede soportar un material, especialmente aquellos elastómeros y polímeros blandos (piense en caucho y plástico), antes de mostrar signos de sangría.

Es similar a comprobar cuánto se aplasta tu colchón de espuma viscoelástica cuando lo presionas. En lugar de diamantes o pirámides, aquí hay que utilizar una herramienta especial llamada durómetro. Es una sonda amigable que presiona suavemente el material. 

El durómetro mide cuánto se mella el material. De esta manera, podrás ver qué tan profundo presiona tu dedo en un trozo de arcilla. Dependiendo de lo que estés probando, ya sea goma blanda o plástico resistente, se utilizan diferentes reglas o escalas. Para materiales más blandos, existe la escala Shore A, y para los más duros, existe la escala Shore D. 

Prueba de microdureza

Imagínese esas pruebas, pero acercarse a los detalles más pequeños es lo que Pruebas de microdureza se trata de. A diferencia de otras pruebas, puede tener partes pequeñas y detalladas en lugar de tener que trabajar con trozos grandes. Es idéntico a utilizar una lupa para inspeccionar el mundo microscópico de los materiales.

En lugar de un penetrador de tamaño normal, utilice uno pequeño para esta prueba. Es simplemente similar a presionar un mini diamante o una herramienta romboédrica en el material. Después de la prensa, hay que medir el tamaño de la hendidura, pero a una escala mucho menor. Todo lo que tienes que hacer es observar de cerca las pequeñas huellas dejadas por el diminuto penetrador.

Aquí está la parte interesante: utilice las medidas para calcular el número de dureza Vickers o Knoop. Le da una idea de qué tan bien resiste el material la presión cuando se trata de sus pequeñas características.

Prueba de dureza al rayado

Tome una llave o una moneda y rásquela contra una superficie. Encontrarás algunos rayones o verás que no le pasa nada a la superficie. En última instancia, esta prueba trata de determinar qué tan bien un material puede resistir los rayones cuando entra en contacto con algo más duro. 

Es como comparar la pantalla de tu teléfono con la llave de tu auto para ver si deja alguna marca. Por ejemplo, consiga un material más resistente, algo así como un epítome con un escudo irrompible. Puedes utilizar este material más resistente para rayar la muestra que estás probando.

Mientras se rasca, observe muy de cerca los objetos. Cualquier rasguño o marca que aparezca en la muestra le indicará qué tan bien resistió el desafío.

¿Cuál es la unidad de medida de la dureza del material?

Es bastante fácil confundir las unidades de medida de dureza y presión. La unidad SI de dureza del material es Megapascales (MPa). Sin embargo, hay una diferencia: algunas pruebas son cualitativas y no tienen unidades SI específicas. Ahora bien, cada tipo de dureza sobre el que leyó anteriormente tiene diferentes escalas de medición. Aquí hay un resumen:

Examen de durezaUnidad de medida SI
Escala de dureza de MohsEsta prueba es cualitativa.
Dureza BrinellMegapascales (MPa)
Dureza VickersMegapascales (MPa)
Dureza RockwellNinguno (sin dimensiones)
Pruebas de microdurezaMegapascales (MPa)
Dureza ShoreNinguno (sin dimensiones)

¡Palabras de despedida!

La conclusión es que comprender la dureza de un material es importante para poder elegir el material correcto. diseño de producto, etc. De esta manera, puedes tener control sobre lo que estás haciendo. Los avances recientes están mejorando la capacidad de ser más preciso con estas pruebas y, si desea realizar una bajo la orientación adecuada, Contáctenos!

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