Ensayos de dureza en planchas antiabrasivas
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Una de las pruebas más utilizadas por su rapidez y practicidad, es la prueba de dureza. En el control de calidad, estas pruebas son muy comunes. Normalmente, se utilizan para calificar o descalificar una placa. Sin embargo, es importante conocer algunos aspectos relevantes de la técnica de medición de la dureza. Esto es necesario para evitar errores en nuestras conclusiones.
ENSAYOS DE DUREZA
La dureza es la resistencia de un material a la deformación plástica localizada.
Es la resistencia al rayado, a la abrasión o al corte. Cabe decir que la dureza no es una propiedad del material. Es una característica de la zona que se va a medir. Esta característica puede relacionarse con propiedades mecánicas.
Existen varios tipos de ensayos de dureza portátiles en función del concepto en el que se basan. Los utilizados normalmente en el ensayo de placas de desgaste (planchas anti-abrasivas) son los “ensayos de dureza por penetración” y los “ensayos de dureza dinámica”. También los ensayos de impedancia de contacto por ultrasonidos (UCI). Explicaremos muy brevemente los mencionados a continuación:
Ensayos de dureza y de impedancia
| Ensayo | Descripción |
|---|---|
| Ensayos de dureza por penetración: | Mide la deformación plástica causada por una carga constante. A menor dureza del material, mayor deformación plástica tendrá tras la aplicación de la carga. Estos ensayos son muy precisos y requieren una preparación adecuada de la superficie. Los durómetros estáticos tradicionales Brinell, Rockwell y Vickers suelen ser equipos fijos de gran tamaño. Las piezas deben llevarse a estos equipos fijos o, en el caso de piezas grandes, es necesario cortarlas en muestras especiales. Lamentablemente, no todas las piezas pueden someterse a un ensayo destructivo aceptable. |
| Ensayos de dureza dinámicos (conservación de la energía): | Se basa en el principio de conservación de energía, en el cual se lanza un pequeño martillo contra un material a una velocidad determinada y, según la energía absorbida por el material, el martillo regresa con una velocidad que indica la dureza. Esta técnica emplea una escala de dureza Leeb y se adapta a diferentes tareas mediante variaciones en las sondas de medición y dispositivos de impacto. Sin embargo, su precisión es inferior a los métodos de penetración y no es recomendable para medir la dureza de capas delgadas o superficies, especialmente si tienen menos de 3 mm de espesor, limitando su utilidad a la obtención de información general sobre la dureza del material. |
| Método de impedancia de contacto ultrasónico (UCI): | El dispositivo portátil emplea un indentador Vickers de diamante y mide la frecuencia de la varilla mientras penetra en la muestra hasta alcanzar la carga máxima. Esto permite medir la dureza en placas delgadas, pero la superficie debe ser uniforme. Sin embargo, la prueba se realiza en un punto pequeño, lo que requiere varias pruebas para obtener una dureza promedio. |
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORRECTA MEDICIÓN DE LA DUREZA DE LAS LÁMINAS ANTIABRASIVAS
Algunos factores relevantes al realizar ensayos de medición de la dureza son:
Capa descarburada:
Las chapas antiabrasivas y de alta resistencia presentan una “cáscara” o zona rugosa. Esta zona es normalmente porosa y tiene bajas propiedades mecánicas.
Es necesario preparar adecuadamente la superficie antes de realizar una medición de dureza. Esto es importante para eliminar esta capa y medir eficazmente la dureza de la chapa.
La medición directa mediante procedimientos de dureza por indentación en estas placas suele dar un resultado bajo. Brinell o Rockwell son métodos comunes para medir dureza por indentación. En la superficie de suministro de estas placas, la dureza suele ser muy baja. También existe un efecto en los procedimientos de medición dinámica de la dureza, pero suele ser menos drástico.
También es importante tener en cuenta que las características de la capa descarburada no son totalmente homogéneas. Estas características pueden variar de un lado a otro de la placa. Por lo tanto, debe eliminarse adecuadamente de la zona que se va a ensayar.
homogeneidad de dureza
Homogeneidad de la dureza en toda la sección transversal
Otro punto importante es la uniformidad de la dureza en toda la sección de la placa. La resistencia al desgaste también debe ser uniforme en toda la sección.
Normalmente, las chapas se alean para mantener una buena homogeneidad en toda la sección. Con el aumento del espesor de la chapa, los fabricantes usan una aleación más alta. Esto garantiza una buena homogeneidad en la placa.
La homogeneidad de la dureza depende en gran medida de la composición química y el proceso. También depende del control de calidad del laminador durante la fabricación del acero, laminación y tratamiento térmico.
Debido a diversos factores, como la aleación y el tratamiento térmico, no es posible lograr una uniformidad perfecta. Sin embargo, la dureza no debe ser inferior a los márgenes ofrecidos en el volumen de suministro.
Es importante tener en cuenta que los ensayos de dureza estáticos o portátiles tienen limitaciones.
Estos métodos de ensayo no determinarán la dureza central en el material.
El valor de dureza medido corresponde a una zona localizada alrededor de esa área. La única manera será cortar una sección transversal, preparar la muestra/superficie y medirla.
Es importante tener en cuenta que los ensayos de dureza estáticos o portátiles tienen limitaciones. Estos métodos de ensayo no determinarán la dureza central en el material. El valor de dureza medido corresponde a una zona localizada.
La única manera será cortar una sección transversal, preparar la muestra/superficie y medirla.
Homogeneidad de dureza
De la experiencia se desprende que los ensayos de dureza dinámica son sensibles a las variaciones de dureza. Estos ensayos detectan variaciones hasta el núcleo (templabilidad). En contraste, los ensayos de dureza por penetración (Brinell o Rockwell) solo dan información sobre los valores superficiales.
Por ejemplo, si tienes dos piezas con la misma geometría y dureza superficial, pero un resultado diferente con Leeb, ¿qué significa? Podemos decir que la homogeneidad a través de la sección transversal es diferente, ¿verdad?
Para algunos análisis de falla, certificaciones y otras situaciones, se requiere alta precisión y fiabilidad de los resultados. En estos casos, recomendamos más pruebas y considerar la preparación de algunas muestras para verificar la homogeneidad de la dureza.
Uniformidad de la dureza superficial:
Cada equipo tiene un porcentaje de error, por ello es necesario conocerlo para interpretar correctamente los resultados. Por ello, el primer criterio a tener en cuenta es la precisión del equipo. Un valor de error elevado no nos dará uniformidad en las mediciones. Los procedimientos de ensayo de dureza por penetración son mucho más precisos que los dinámicos.
En segundo lugar, es importante también tener en cuenta que deben realizarse varias mediciones en la zona y promediarlas para obtener una medición correcta. Sugerimos consultar las normas ASTM correspondientes en cada caso.
En tercer lugar, el acabado de la superficie es importante especialmente para los durómetros portátiles y los métodos de medición de micro-dureza.
Normalmente se requiere que las superficies paralelas estén limpias, libres de aceite, polvo o partículas que puedan conducir a un soporte inadecuado. Así también debe eliminarse cualquier capa de óxido o capa descarburada de la muestra ya que estas capas no reflejan la verdadera dureza del material. Además, la superficie medida debe ser plana y perpendicular al penetrador cuando éste penetra o impacta en la superficie, tanto para los durómetros de sobremesa como para los portátiles. Si la sonda de medición no es estable y no se asienta plana sobre la muestra, el valor medido se distorsionará.
Diferencia según el tipo de equipo
En los equipos de sobremesa hay poco margen de error; sin embargo, en los equipos portátiles hay que tener cuidado de que la placa o probeta esté adecuadamente apoyada, especialmente en los ensayos de dureza dinámica. Recuérdese que el principio se basa en la conservación de la energía y que un apoyo inadecuado de la placa podría generar una mayor absorción de energía por parte de la misma y, por tanto, obtener lecturas erróneas. También deben evitarse los espacios libres bajo la placa a medir, más aún cuando ésta es muy delgada. La presencia de madera, soportes o incluso desniveles del suelo afectarán la medición.
Equivalentes de dureza
Debe tenerse en cuenta que las tablas de conversión son para escalas de dureza comunes. Es relevante la exactitud de las fórmulas y tablas utilizadas en esta conversión.
Cada grupo de materiales tiene su propia tabla de conversión.
Seleccionar el grupo de materiales adecuado es importante para los durómetros portátiles. Los instrumentos modernos, como el método de rebote de Leeb, disponen de tablas de conversión almacenadas. Esto permite la visualización automática en la escala de dureza común correspondiente, como HRC o HB.
Las tablas de conversión estándar figuran en ASTM E140 y DIN 50 150.
Sobre el procedimiento de medición
Es importante tener en cuenta el procedimiento de medición. Aunque muchos aparatos modernos llevan incorporados sistemas de equivalencia entre diferentes escalas de dureza, debemos tener en cuenta que medir con otro procedimiento no nos da necesariamente el mismo valor. Por ejemplo: Supongamos que hemos preparado adecuadamente una placa, le hemos quitado la cáscara, tenemos un buen soporte y hemos comprobado, utilizando un moderno equipo dinámico, que la dureza Brinell de la placa de 26 mm de espesor es de 300 HB, con esto podríamos deducir que la placa tiene una dureza baja, muy por debajo de los 500 HB de media que suponíamos. Ahora, enviamos la probeta correspondiente a un laboratorio y nos envían un informe indicando que el material tiene 450 HBW, medido con un ensayo de dureza estática tradicional.
¿Qué ha ocurrido? ¿Cuál de los procedimientos es incorrecto?
Ambas son correctas. Cuando se hace un estudio en la sección de la placa, se descubre algo importante. En la parte del núcleo hay un descenso de la dureza del material. Esto indica que no tiene dureza homogénea en la sección.
La medición de la dureza en Brinell, realizada en el laboratorio, medía la dureza superficial. El procedimiento con el equipo de dureza dinámica se veía afectado por la menor dureza del núcleo. La dureza suministrada era la Brinell equivalente.
Sin embargo, el procedimiento de medición de la dureza no era Brinell.
De ahí las diferencias.
Indentadores e instrumentos
No es aconsejable medir aceros anti-abrasivos con indentadores de acero, ya que estos están sujetos a deformación cuando se utilizan para medir durezas elevadas. En general, se recomienda utilizar varillas o martillos de carburo de tungsteno o penetradores de diamante, según proceda.
Los bloques de referencia, que se utilizan para calibrar los durómetros Leeb o UCI, deben estar fabricados con el mismo módulo de elasticidad. Por ejemplo, si el bloque de referencia o patrón está hecho de acero no aleado y la muestra está hecha de hierro gris se obtendrá una lectura falsa. Además, si el bloque de referencia tiene una escala (ejemplo HRC) y muestra la salida en otra escala (ejemplo HB) también se pueden tener algunas inexactitudes de lectura, ya que se basará en la tabla de conversión y ecuaciones almacenadas en el dispositivo. También el rango seleccionado para el bloque patrón debe ser el adecuado para el nivel de dureza a medir.
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