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Categoría: Pruebas de arañazos Tribología

 

Dureza de los arañazos a alta temperatura mediante un tribómetro

DUREZA AL RAYADO A ALTA TEMPERATURA

UTILIZANDO UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUCCIÓN

La dureza mide la resistencia de los materiales a la deformación permanente o plástica. Desarrollado originalmente por el mineralogista alemán Friedrich Mohs en 1820, el ensayo de dureza al rayado determina la dureza de un material a los arañazos y a la abrasión debida a la fricción de un objeto afilado1. La escala de Mohs es un índice comparativo más que una escala lineal, por lo que se desarrolló una medición de la dureza al rayado más precisa y cualitativa, como se describe en la norma ASTM G171-032. Mide la anchura media del rayado creado por un palpador de diamante y calcula el número de dureza del rayado (HSP).

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA DUREZA AL RAYADO A ALTAS TEMPERATURAS

Los materiales se seleccionan en función de los requisitos de servicio. Para las aplicaciones que implican cambios de temperatura significativos y gradientes térmicos, es fundamental investigar las propiedades mecánicas de los materiales a altas temperaturas para ser plenamente conscientes de los límites mecánicos. Los materiales, especialmente los polímeros, suelen ablandarse a altas temperaturas. Muchos de los fallos mecánicos se deben a la deformación por fluencia y a la fatiga térmica que sólo tienen lugar a temperaturas elevadas. Por lo tanto, es necesario disponer de una técnica fiable para medir la dureza a altas temperaturas con el fin de garantizar una selección adecuada de los materiales para aplicaciones a alta temperatura.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, el Tribómetro NANOVEA T50 mide la dureza al rayado de una muestra de teflón a diferentes temperaturas, desde la temperatura ambiente hasta los 300ºC. La capacidad de realizar mediciones de dureza al rayado a alta temperatura hace que el Tribómetro NANOVEA sea un sistema versátil para evaluaciones tribológicas y mecánicas de materiales para aplicaciones de alta temperatura.

NANOVEA

T50

CONDICIONES DE PRUEBA

El tribómetro estándar de peso libre NANOVEA T50 se utilizó para realizar las pruebas de dureza al rayado en una muestra de teflón a temperaturas que van desde la temperatura ambiente (RT) hasta los 300°C. El teflón tiene un punto de fusión de 326,8°C. Se utilizó un palpador cónico de diamante con un ángulo de vértice de 120° y un radio de punta de 200 µm. La muestra de teflón se fijó en la platina giratoria de la muestra con una distancia de 10 mm al centro de la platina. La muestra se calentó en un horno y se probó a las temperaturas de RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C y 300°C.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA

de la medición de la dureza al rayado a alta temperatura

FUERZA NORMAL 2 N
VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO 1 mm/s
DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO 8mm por temp.
ATMOSFERA Aire
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la FIGURA 1 se muestran los perfiles de la pista de rayado de la muestra de teflón a diferentes temperaturas con el fin de comparar la dureza del rayado a diferentes temperaturas elevadas. La acumulación de material en los bordes de la pista de rayado se forma a medida que el palpador se desplaza con una carga constante de 2 N y penetra en la muestra de teflón, empujando y deformando el material de la pista de rayado hacia un lado.

Las huellas de arañazos se examinaron bajo el microscopio óptico como se muestra en la FIGURA 2. Los anchos de las pistas de rayado medidos y los números de dureza de rayado (HSP) calculados se resumen y comparan en la FIGURA 3. El ancho de la pista de rayado medido con el microscopio coincide con el medido con el NANOVEA Profiler... la muestra de teflón presenta un ancho de rayado mayor a temperaturas más altas. La anchura de la pista de rayado aumenta de 281 a 539 µm a medida que la temperatura se eleva de RT a 300oC, lo que resulta en una disminución de la HSP de 65 a 18 MPa.

La dureza al rayado a temperaturas elevadas puede medirse con alta precisión y repetibilidad utilizando el Tribómetro NANOVEA T50. Proporciona una solución alternativa a otras mediciones de dureza y convierte a los tribómetros NANOVEA en un sistema más completo para las evaluaciones tribo-mecánicas integrales a alta temperatura.

FIGURA 1: Perfiles de huellas de arañazos después de las pruebas de dureza de arañazos a diferentes temperaturas.

FIGURA 2: Huellas de arañazos bajo el microscopio tras las mediciones a diferentes temperaturas.

FIGURA 3: Evolución de la anchura de la pista de rayado y de la dureza del rayado en función de la temperatura.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos cómo el tribómetro NANOVEA mide la dureza al rayado a temperaturas elevadas de acuerdo con la norma ASTM G171-03. El ensayo de dureza al rayado con carga constante proporciona una solución alternativa sencilla para comparar la dureza de los materiales utilizando el tribómetro. La capacidad de realizar mediciones de dureza al rayado a temperaturas elevadas hace del Tribómetro NANOVEA una herramienta ideal para evaluar las propiedades tribo-mecánicas de los materiales a altas temperaturas.

El tribómetro NANOVEA también ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Hay disponible un perfilador 3D sin contacto opcional para obtener imágenes 3D de alta resolución de las huellas de desgaste, además de otras mediciones de superficie como la rugosidad.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Pruebas de rayado de metales y polímeros: Experiments and numerics". Wear 266 (1?2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Método de ensayo estándar para la dureza al rayado de los materiales utilizando un estilete de diamante"

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