Propiedades de los Materiales: Dureza, Impacto, Temperatura y Sistemas de Numeración

Dureza

La dureza es la resistencia de un material a la penetración por una herramienta con punta. El concepto de dureza representa la propiedad de lo que es sólido, difícil de cortar, caracterizado por su resistencia a la penetración localizada. Inicialmente se intentó clasificar a los materiales por la capacidad de unos rayar a otros (escala Mohs). Posteriormente, este método se sustituyó por la medida de las características dimensionales de marcas producidas por un penetrador. Existen tres métodos de ensayo de la dureza por penetración:

1. Ensayo Brinell

El penetrador es una bola de acero, o de carburo de wolframio. El ensayo consiste en poner en contacto el penetrador con la superficie a ensayar y aplicar la carga progresivamente, sin choque ni vibración, hasta alcanzar el valor de la carga de ensayo. Posteriormente se mide el diámetro de la marca dejada en el material.

• Ventajas: Consigue cubrir el rango completo de dureza, existe un amplio rango de fuerzas de ensayo y tamaño de bolas para satisfacer cada aplicación y es un ensayo no destructivo, pudiendo usar la muestra normalmente.
• Desventajas: Es necesario medir ópticamente el tamaño de la indentación y es un método lento.

2. Ensayo Vickers

El penetrador es una pirámide de diamante de ángulo 136º. La superficie a ensayar debe rectificarse y pulirse. El ensayo consiste en poner en contacto el penetrador con la superficie a ensayar y aplicar la carga progresivamente, sin choque ni vibración. Posteriormente se miden las diagonales de la pirámide en la marca dejada en el material.

• Ventajas: Consigue cubrir el rango completo de dureza, existe un amplio rango de fuerzas de ensayo para satisfacer cada aplicación y es un ensayo no destructivo, pudiendo usar la muestra normalmente.
• Desventajas: Es necesario medir ópticamente el tamaño de la indentación y es un método lento.

3. Ensayo Rockwell

El penetrador puede ser un cono de diamante o una bola de metal duro. El ensayo consiste en aplicar en dos tiempos el penetrador y medir el aumento de la profundidad de penetración.

• Ventajas: Es un ensayo rápido que puede durar 10 segundos. La lectura es directa, no se necesita realizar medidas ópticas y es un ensayo no destructivo, pudiendo usar la muestra normalmente.
• Desventajas: El número de escalas (30) para cubrir el rango completo de dureza en los metales es muy grande, la conversión entre las escalas puede depender del material ensayado y las muestras de ensayo deben estar limpias y el punto de ensayo ser lo suficientemente liso para obtener buenos resultados.

Propiedades de Impacto

Una fuerza externa aplicada a una estructura o pieza se llama carga de impacto si el tiempo de aplicación es menor que un tercio del período de vibración mínimo de la pieza o estructura. En caso contrario se llama carga estática. En los ensayos Charpy e Izod se determina la fragilidad y resistencia al impacto. Para ello se utilizan muestras del material con una muesca, a la que se golpea con un péndulo y se registra la energía absorbida a partir de la altura a la que llega el péndulo tras la fractura.

Efectos de la Temperatura

Diversas propiedades de los materiales se ven afectadas por la temperatura. La resistencia a la tracción y a la fluencia se comportan de forma diferente según la temperatura.

Sistemas de Numeración

La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) fue la primera en adoptar un sistema para numerar los aceros. Posteriormente, el Instituto Estadounidense del Hierro y del Acero (AISI). En 1975, la SAE publicó el Sistema de Numeración Unificado para Metales y Aleaciones (UNS).

• G: Aceros al carbono y aleados.
• A: Aleaciones de aluminio.
• C: Aleaciones de cobre.
• S: Aceros inoxidables o resistentes a la corrosión.

Para los aceros, los dos primeros números indican la composición. El segundo par de números se refiere al contenido aproximado de carbono. Las designaciones UNS para los aceros inoxidables (S) utilizan la nomenclatura AISI para los tres primeros números. El primer número indica la composición aproximada:

• 2: Acero al níquel-cromo-manganeso.
• 3: Acero al cromo-níquel.
• 4: Acero de aleación de cromo.