Caracterización Mecánica de Materiales: Ensayos de Dureza, Resiliencia y Fatiga

Caracterización Mecánica de Materiales: Ensayos Fundamentales

Ensayos de Dureza

La **dureza** es una medida de la resistencia de un material a la **deformación permanente** superficial. Se mide principalmente por:

• Resistencia al Rayado: La resistencia que presentan los materiales a ser rayados por otros.
• Dureza a la Lima: Se utiliza comúnmente en la industria.
  • En material templado, la lima no penetra (la lima no entra). Esto indica una dureza superior a 60 HRC (la lima no entra, el material raya a la lima).
  • Si la lima raya al material, la dureza es inferior a 60 HRC (entra la lima).

Dureza Brinell

Este ensayo consiste en comprimir una **bola de acero** de diámetro determinado sobre el material a ensayar, aplicando una **carga** durante un tiempo conocido. Para este ensayo se utilizan bolas de acero con una dureza inferior a 450. El valor de dureza se calcula aplicando las fórmulas correspondientes.

Procedimiento Dureza Rockwell

Una vez decidido el ensayo a seguir, se consulta la tabla de valores para seleccionar el peso indicado. El procedimiento general es el siguiente:

1. Se coloca el peso seleccionado accediendo a él por la puerta lateral del durómetro.
2. La pieza que se desea ensayar se coloca sobre la meseta de apoyo.
3. Se gira lentamente el husillo hasta hacer contacto con la pieza.
4. Se continúa girando hasta que la aguja del comparador esté en la zona verde y la aguja grande en el 0.
5. Se mueve suavemente la palanca hacia delante, permitiendo que avance libremente.
6. Cuando la aguja grande se estabilice, se empuja la palanca a su posición original y se lee la cifra indicada por la aguja.
7. Se libera la pieza girando el volante en dirección contraria.

Microdureza

Cuando es necesario medir la dureza sobre **capas finas** o materiales muy frágiles, se requiere aplicar cargas muy pequeñas. Estos aparatos se denominan **microdurometros** y, como método principal, utilizan el método **Vickers**.

Dureza Vickers

Esta dureza viene definida por la fórmula: $\text{HV} = F/S$, donde $F$ es la **carga aplicada** y $S$ es la **superficie del penetrador**. Se expresa en $\text{HV}$ (Carga/Superficie). Las ventajas de este método incluyen:

• Permite medir durezas en capas muy delgadas con cargas muy pequeñas, incluso con espesores de 0.05 mm.
• Posibilidad de medir durezas de tipo superficial.

Ensayo de Resiliencia

Este ensayo mide la **resiliencia** (capacidad de absorber energía antes de fracturarse) y se realiza comúnmente mediante el **ensayo Charpy**. Este ensayo se efectúa sobre probetas **entalladas**, sujetas por sus dos extremos, y se fracturan bajo **flexión por choque**.

Posteriormente, se mide la **energía absorbida** en la rotura.

Realización del Ensayo Charpy

El ensayo se realiza en un dispositivo rígido que contiene:

• El péndulo en posición vertical.
• Un medidor del trabajo del péndulo.
• Un bloque donde se sujeta la probeta.

Para realizar el ensayo, se coloca la probeta con la entalladura orientada en sentido opuesto al golpe. Se levanta el péndulo a la altura deseada y se suelta para que rompa la probeta, registrando la energía absorbida.

Influencia de la Temperatura en la Resiliencia

La resiliencia de algunos materiales varía significativamente con la temperatura:

• A **bajas temperaturas**, los materiales tienden a ser **frágiles** y absorben poca energía en la fractura.
• A **altas temperaturas**, se fracturan de modo **dúctil**, deformándose plásticamente antes de romperse.

Superficie de Fractura

La apariencia de la superficie de fractura indica el modo de rotura:

• a) Apariencia cristalina: Indica que la fractura ha sido **frágil**.
• b) Apariencia fibrosa: Indica que la fractura ha sido **dúctil**.

Ensayo de Fatiga

Cuando un material está sometido a **cargas oscilantes** o vibraciones, puede producirse su rotura incluso si la carga aplicada es inferior a su límite de resistencia. En estos casos, se dice que la pieza se rompe por **fatiga**.

La fatiga provoca la **originación de grietas** que conducen a la fractura de la pieza. Este proceso consta de tres fases bien definidas:

1. Un **daño inicial** que genera la formación de una grieta.
2. **Crecimiento de la grieta** hasta alcanzar un tamaño crítico.
3. **Rotura final y repentina**.