ENSAYO DE DUREZA VICKERS

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Durómetro y penetrador Vickers del Laboratorio de Ensayos de la EETP Nº466.

TEST DE DUREZA VICKERS

 

CONSIDERACIONES TEÓRICAS GENERALES.

Definición de dureza: Se entiende por dureza la propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformación elástica, plástica y destrucción, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, más duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador ó penetrador), de determinada forma y dimensiones.

El método Brinell, posee una serie de insuficiencias. Con dicho método no se puede ensayar probetas si su dureza se aproxima a la dureza de la bola, porque ésta sufre deformaciones que alteran los resultados del ensayo.

Si se utilizan bolas de acero este hecho limita la prueba Brinell a durezas máximas HB 400...500, si se usan bolas de carburo se limita a durezas HB 630.

A causa de la gran profundidad de la impronta es imposible determinar la dureza de la capa superficial especialmente tratada, porque la bola penetra a través de esta capa a la parte interior más blanda. La medición del diámetro de la impronta a veces no es exacta a causa de que el metal desalojado por la bola se acumula cerca de los bordes de la impronta. Por esto surgió la necesidad de hallar otros métodos de determinación de la dureza.

La determinación de la dureza Vickers es semejante a la de Brinell, pues se calcula dividiendo la carga aplicada por la superficie de la huella producida; sin embargo, se diferencia de ésta por el valor de la carga, que podríamos considerar muy pequeña, y por el penetrador, que en este caso es una punta de diamante.  

Para relacionar el método Vickers con el Brinell, se consideró la ley de semejanza y los límites hasta los cuales la bolilla no experimenta deformaciones.

Debido a ello y recordando que en Brinell debía cumplirse que:  0,25D<d<0,50D

Si se toma el promedio de estos valores, se tiene una impresión de  d=0,375D

En la que las tangentes a la bola, en el borde de la huella, forman un ángulo de 136º que resulta el adoptado para la construcción del diamante piramidal.

La dureza Vickers viene dada por:

 

La superficie de la impresión será la de una pirámide de cuatro lados:

donde:

reemplazando, tenemos:

nos queda entonces:

NÚMERO VICKERS EN FUNCIÓN DE LA PROFUNDIDAD

También es posible expresar el número Vickers en función de la profundidad de penetración h de la siguiente manera

Ya sea en la determinación de d o h se requiere una exactitud de 0,001 mm y el valor de d resultará del promedio de ambas diagonales.

Las cargas pueden variar de 1 a 100 kg según el espesor y tipo de material.

En general las máquinas estándar proveen cargas de 1, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50, 100 y 120 kg de las cuales las de 30 y 50 kg son las más usadas.

De esta manera para indicar las condiciones de ensayo solo es necesario indicar la carga, así HV30 significa dureza Vickers con una carga de 30 kg.

OTRA FORMA DE CALCULAR EL ÁREA QUE DEJA EL INDENTADOR PIRAMIDAL

Sobre el ángulo del indentador piramidal

Los números HV y HB son cercanos en su valor absoluto debido a la igualdad del ángulo del vértice de la pirámide al ángulo entre las tangentes a la bola para el caso de una huella “ideal” cuando d = 0,375 D.

Esta consideración sirve de base para determinar el valor del ángulo del vértice de la pirámide estándar a = 136°. Del gráfico se deduce que:

  ,entonces:

SOBRE EL ÁREA DE LA IMPRONTA PIRAMIDAL

Para la deducción del área de la impronta piramidal

Para poder obtener el área de la impronta piramidal, contando con la medida de la diagonal procedemos así:

El área total de la impronta es:

Aplicando el teorema de Pitágoras

como

entonces

de otro lado

y

sustituyendo

Volviendo a la fórmula para el área, y sustituyendo los valores de AB y EF hallados

En conclusión:

CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS DE DUREZA VICKERS

Existen tres tipos de ensayos de dureza Vickers, caracterizados por diferentes intervalos de fuerzas de ensayo.

MEDICIÓN DE LA IMPRONTA

Medición de las diagonales:

1. Se miden las diagonales d1 y d2.

 

2. Se determina el valor promedio entre ambas.

 

3. Se calcula la dureza Vickers según corresponda:

 

INDICACIÓN DEL VALOR DE DUREZA

 Indentador Vickers

VENTAJAS DEL MÉTODO VICKERS

1- Las huellas Vickers son comparables entre sí; independientes de las cargas.

2- Pueden medirse una amplia gama de materiales, desde muy blandos hasta muy duros, llegándose hasta 1150 Hv.

3- Se pueden medir piezas muy delgadas con cargas pequeñas, hasta espesores de orden de 0,05 mm.

4- Puede medirse dureza superficial. (para determinar recubrimientos de los materiales)

5- La escala Vickers es más detallada que la Rockwell; 32 unidades Vickers = 1 unidad Rockwell

6- Como es preciso examinar la huella puede comprobarse el estado del penetrador.