Erosion Rate Calculation

La dureza es una medida de la resistencia de un material a la deformación permanente (plástica) en su superficie. La dureza de un metal se mide forzando con un penetrador sobre su superficie.

El material del penetrador, que es usualmente una esfera, pirámide o cono; está hecho de un material mucho más duro que el material bajo ensayo. El acero endurecido, el carburo de tungsteno y el diamante son los materiales comúnmente utilizados como penetradores.

Para la mayoría de los ensayos de dureza estándar se aplica lentamente una carga conocida, presionando el penetrador a 90° en la superficie del material bajo ensayo.

Después de realizar la incisión, se retira el penetrador de la superficie. Se calcula el valor de dureza empírica o se lee en una escala analógica (o pantalla digital), que se basa en el área de la sección o en la profundidad de la impresión.

La dureza de un metal depende de la facilidad con la que se deforma plásticamente. Por ello, para un metal particular, puede determinarse empíricamente una relación entre la dureza y la resistencia.

El ensayo de dureza es mucho más simple que un ensayo de tensión y puede no llegar a ser destructivo (por ejemplo, la pequeña incisión del penetrador puede que no perjudique al uso del objeto).

Debe tenerse en cuenta que un número o valor de dureza no puede utilizarse directamente en trabajos de diseño, como se puede hacer con un valor de resistencia a la tracción, ya que los números de dureza no tienen significado intrínseco.

Recuérdese que la dureza no es una propiedad fundamental de un material, sino que está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas. El valor de dureza obtenido en una prueba determinada sirve sólo como comparación entre materiales o tratamientos térmicos.

3.5.1.1. ENSAYO DE DUREZA BRINELL.

Como se indicó anteriormente, existen muchos sistemas de medición de esta propiedad, aquí sólo se considerará el de mayor uso para aceros de bajo carbono (varillas corrugadas).

La dureza Brinell es un ensayo de utilización muy general y se la realiza en base a la norma ASTM E10.

Este ensayo se utiliza en materiales blandos (de baja dureza) y muestras delgadas. La máquina Brinell principalmente consta de una prensa hidráulica vertical de operación manual, en la cual se requiere ajustar en la parte superior una bola de acero templado de 2,5 mm de diámetro [19].

En el ensayo típico se suele utilizar una bola de acero de 2,5 milímetros de diámetro, con una fuerza de 1838 newtons. Para metales ferrosos el tiempo de presión de la bola sobre la muestra es de aproximadamente 15 segundos; el valor medido es el diámetro del casquete en la superficie del material [19].

La fuerza necesaria para el ensayo se puede obtener con la siguiente expresión:

P = KD2 (3.5) donde:

P: carga a utilizar medida en [kilogramos].

Figura 3.16: Esquema de una esfera de penetración de diámetro y carga conocida aplicada sobre la superficie de un material [19].

K: constante para cada material, que puede valer 5 (aluminio, magnesio y sus aleaciones), 10 (cobre y sus aleaciones), y 30 (aceros).

D: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido [19].

Fórmula aplicada [10].

Para determinar el valor de la dureza Brinell se emplea la siguiente ecuación:

(3.6) Donde: HB= Dureza Brinell. P= Carga aplicada en Kg. D= Diámetro de la bola en mm. d= Diámetro de la huella en mm.

3.5.1.2. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE DUREZA BRINELL.

La prueba de dureza Brinell consiste en marcar sobre la superficie de una pieza en examen una huella permanente, mediante una esfera de acero sobre la que se aplica, sin choque, una carga prefijada.

El procedimiento, de forma resumida, es el siguiente [20]:

1. Cortar las muestras de varillas corrugadas de 12 y 14 mm de diámetro, de una longitud de 15 mm.

3. Una de las superficies cortadas, se debe lijar desde la lija 180 hasta la 400 (para que la superficie en donde se va a imprimir la huella, esté lisa y libre de rayaduras).

4. Seleccionar el identador o penetrador adecuado (para nuestro caso bola de 2,5mm de diámetro.)

5. Seleccionar la carga adecuada (1838N)

6. Colocar la muestra sobre el soporte cilíndrico del durómetro. 7. Aplicar la precarga.

8. Aplicar la carga (1838N).

9. Retirar la carga y retirar la muestra del soporte cilíndrico del durómetro.

10.Medir la huella impresa sobre la muestra, en un microscopio provisto de una escala graduada.

11.Aplicar la Ecuación 3.6 para calcular el valor de la dureza Brinell.

En la Figura 3.17 se muestra el dispositivo empleado para la medición de la dureza.

3.5.1.3. RESULTADOS OBTENIDOS PARA EL ENSAYO DE DUREZA.

Los resultados que se obtuvieron para el ensayo de dureza se muestran en la Tabla 3.14.

Figura 3.17: Durómetro

Datos del ensayo:

 Diámetro de la esfera: D=2,5mm.

 Carga aplicada: P=1838N

Velocidad de enfriamiento (ºC/s) D=12mm Dureza Brinell (HB) Velocidad de enfriamiento (ºC/s) D=14mm Dureza Brinell (HB) 1,1287 148,47 0,9843 145,323 1,2920 159,135 1,1062 156,667 1,4204 162,145 --- 160,46 2,1368 195,61 1,8939 194,81 2,9762 214,7 2,6316 212,94

En color gris se marcan las varillas corrugadas de 12 y 14mm de diámetro en condiciones de suministro.