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Medición de la dureza de los arañazos mediante un probador mecánico

MEDICIÓN DE LA DUREZA AL RAYADO

UTILIZANDO UN PROBADOR MECÁNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

En general, los ensayos de dureza miden la resistencia de los materiales a la deformación permanente o plástica. Existen tres tipos de mediciones de la dureza: la dureza al rayado, la dureza por indentación y la dureza por rebote. El ensayo de dureza al rayado mide la resistencia de un material al rayado y a la abrasión debidos a la fricción de un objeto afilado1. Fue desarrollado originalmente por el mineralogista alemán Friedrich Mohs en 1820 y todavía se utiliza ampliamente para clasificar las propiedades físicas de los minerales2. Este método de ensayo también es aplicable a los metales, la cerámica, los polímeros y las superficies recubiertas.

Durante la medición de la dureza al rayado, un palpador de diamante de geometría especificada raya la superficie de un material a lo largo de una trayectoria lineal bajo una fuerza normal constante con una velocidad constante. Se mide la anchura media del rayado y se utiliza para calcular el número de dureza al rayado (HSP). Esta técnica proporciona una solución sencilla para escalar la dureza de diferentes materiales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, el probador mecánico NANOVEA PB1000 se utiliza para medir la dureza al rayado de diferentes metales de acuerdo con la norma ASTM G171-03.

Al mismo tiempo, este estudio muestra la capacidad de NANOVEA Probador Mecánico en la realización de mediciones de dureza al rayado con alta precisión y reproducibilidad.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE PRUEBA

El comprobador mecánico NANOVEA PB1000 realizó ensayos de dureza al rayado en tres metales pulidos (Cu110, Al6061 y SS304). Se utilizó un palpador cónico de diamante con un ángulo de vértice de 120° y un radio de punta de 200 µm. Cada muestra se rayó tres veces con los mismos parámetros de ensayo para garantizar la reproducibilidad de los resultados. Los parámetros de prueba se resumen a continuación. Se realizó un barrido de perfil a una carga normal baja de 10 mN antes y después del Prueba de raspado para medir el cambio en el perfil de la superficie del arañazo.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA

FUERZA NORMAL

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

20 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

10 mm

ATMOSFERA

Aire

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las imágenes de las huellas de rayado de tres metales (Cu110, Al6061 y SS304) después de las pruebas se muestran en la FIGURA 1 con el fin de comparar la dureza del rayado de los diferentes materiales. La función de mapeo del software NANOVEA Mechanical se utilizó para crear tres rasguños paralelos ensayados bajo la misma condición en un protocolo automatizado. La anchura de la pista de rayado medida y el número de dureza de rayado calculado (HSP) se resumen y comparan en la TABLA 1. Los metales muestran diferentes anchos de pista de desgaste de 174, 220 y 89 µm para Al6061, Cu110 y SS304, respectivamente, dando como resultado un HSP calculado de 0,84, 0,52 y 3,2 GPa.

Además de la dureza del rayado calculada a partir de la anchura de la pista de rayado, la evolución del coeficiente de fricción (COF), la profundidad real y la emisión acústica se registraron in situ durante la prueba de dureza del rayado. La profundidad real es la diferencia de profundidad entre la profundidad de penetración del palpador durante el ensayo de rayado y el perfil de la superficie medido en la exploración previa. El COF, la profundidad real y la emisión acústica del Cu110 se muestran en la FIGURA 2 como ejemplo. Esta información proporciona una visión de los fallos mecánicos que tienen lugar durante el rayado, lo que permite a los usuarios detectar defectos mecánicos e investigar más a fondo el comportamiento de rayado del material ensayado.

Los ensayos de dureza por rayado pueden terminarse en un par de minutos con gran precisión y repetibilidad. En comparación con los procedimientos de indentación convencionales, el ensayo de dureza por rayado de este estudio proporciona una solución alternativa para las mediciones de dureza, que resulta útil para el control de calidad y el desarrollo de nuevos materiales.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Imagen microscópica de las huellas de arañazos después de la prueba (aumento de 100x).

 Ancho de la pista de rascado (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABLA 1: Resumen de la anchura de la pista de rayado y del número de dureza del rayado.

FIGURA 2: La evolución del coeficiente de fricción, la profundidad real y las emisiones acústicas durante el ensayo de dureza al rayado en Cu110.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del NANOVEA Mechanical Tester para realizar ensayos de dureza al rayado de acuerdo con la norma ASTM G171-03. Además de la adhesión del revestimiento y la resistencia al rayado, el ensayo de rayado con carga constante proporciona una solución alternativa sencilla para comparar la dureza de los materiales. A diferencia de los comprobadores de dureza al rayado convencionales, los comprobadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos opcionales para controlar la evolución del coeficiente de fricción, la emisión acústica y la profundidad real in situ.

Los módulos Nano y Micro de un Comprobador Mecánico NANOVEA incluyen modos de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, proporcionando la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

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