Quan treballem amb metalls, és fonamental considerar totes les seves propietats, especialment la duresa. Aquesta característica és una de les més valorades i apreciades en els metalls. Segons l’ús que se’ls vulgui donar, conèixer la duresa d’un metall ens ajudarà a triar el més adequat per a cada propòsit.
La importància de la seva correcta mesura perquè els projectes dels quals forma part funcionin sense problemes requereix que se’ls passi per certes proves. Totes elles ens donaran informació sobre, entre altres coses, la seva duresa, que serà la protagonista de l’article d’avui, així que veurem quins tipus d’assajos solen realitzar-se i com podem calcular-la.
Què és la duresa?
La duresa és la propietat física dels materials que fa referència a la seva resistència a ser deformats, ratllats o penetrats. Es pot mesurar de diverses maneres, tot i que tot dependrà del tipus de material i del context en què s’estigui utilitzant. Si parlem de metalls, que és el material en què ens hem especialitzat a Initube, la duresa pot avaluar-se mitjançant proves com l’escala de Mohs, de Rockwell o de Brinell (que explicarem més endavant). La duresa és important en moltes àrees de la seva producció, des de la fabricació d’eines fins a la selecció de materials per a aplicacions específiques, com la construcció d’estructures o la fabricació de dispositius mèdics.
Abans de continuar és necessari fer una breu aclaració per explicar el terme ‘duresa tècnica’, ja que sovint es confon o, tot al contrari, es creu que és el mateix. En realitat fa referència a la capacitat d’un material per resistir deformacions permanents o penetracions quan se sotmet a esforços mecànics (compressió, flexió, tracció o abrasió) en un entorn tècnic o d’enginyeria.
La duresa tècnica mesura la capacitat d’un material per suportar càrregues i resistir el desgast sota condicions específiques d’ús. Això la diferencia de la duresa com a resistència a deformacions. No obstant això, es poden utilitzar les mateixes escales per mesurar ambdues, proporcionant valors numèrics que indiquen la resistència relativa del material a la deformació o penetració. L’elecció de l’escala i l’enfocament dependrà del tipus de material, la seva aplicació i els requisits específics de disseny i fabricació.
Aquesta qualitat dels metalls també és molt important i apreciada en enginyeria perquè afecta directament la capacitat d’un material per suportar càrregues, resistir el desgast i mantenir la seva integritat estructural en diverses condicions de servei. Els enginyers utilitzen aquesta informació per seleccionar els adequats en aplicacions específiques, dissenyar components que compleixin amb els requisits de resistència i durabilitat i prevenir fallades prematures per deformació o fatiga.
Per què fer tests de duresa?
Aquest tipus de proves són indispensables en l’àmbit de la investigació de materials, a més d’enginyeria o des d’un punt de vista més tècnic, perquè ofereix moltes respostes i compleixen certs objectius:
Diferenciació entre materials
Els assajos ens ajuden a distingir entre diferents tipus de materials i així seleccionar el més adequat per a una aplicació específica.
Anàlisi i desenvolupament de materials
Són també eines fonamentals en l’anàlisi, desenvolupament i millora de materials i tecnologies. Proporcionen informació crucial sobre les seves propietats i comportament en les diferents condicions a què hagi estat sotmès.
Control de qualitat
Els valors de duresa determinats durant els assajos són importants per al control de qualitat en la indústria. Ajuden a garantir que tots compleixen els estàndards requerits i les especificacions del producte, tant a l’entrada com a la sortida dels processos de fabricació.
Diferenciació de materials
En casos on es manegen barreges de materials, tant amb composicions similars com sense elles, els assajos ajuden a diferenciar-los entre ells per mantenir la qualitat i la integritat dels productes finals.
Anàlisi de danys
Finalment, també s’utilitzen en l’anàlisi de danys per comprendre les causes de fallades o deterioraments en els materials. Proporcionen informació sobre la resistència i la durabilitat dels materials en diverses condicions de servei per entendre en quin moment són més febles o es poden millorar.
Com es mesura?
Com hem comentat breument a dalt, existeixen diferents tests o proves que es poden realitzar i escollir per obtenir les mesures de duresa:
Rockwell
S’escull quan els materials a analitzar han estat mecanitzats o laminats i presenten una superfície llisa. Es poden aplicar diverses escales, les quals es determinen mitjançant la combinació de diferents penetradors i càrregues.
Brinell
La prova de Brinell és adequada per a qualsevol peça i producte de fosa, independentment si la superfície és rugosa. En aquest mètode s’utilitzen càrregues de prova estàndard de 3000 kg per a acers i càrregues de 500 kg per a alumini, coure i bronze.
Vickers i Knoop
També coneguts com a tests de microduresa, els de Vickers i Knoop tenen una aplicació especial, i és que s’utilitzen quan no és possible emprar els mètodes Rockwell o Brinell perquè els materials són molt fins o petits. En aquests mètodes, la càrrega de prova és d’un màxim de 1000 g, sent les més comunes 100 g, 200 g i 500 g.
Leeb
El test de duresa Leeb és un mètode molt pràctic per realitzar proves en camp, ja sigui en peces molt grans, estructures, maquinària, etc. Les escales més comunes són D i G.
Shore
Aquesta última prova s’utilitza per avaluar la duresa en plàstics, normalment portada a terme amb equips portàtils. Les escales més comunes són A, B, C i D, però tot depèn sempre del tipus de material que sotmetem a la prova.
Assajos de duresa segons càrregues
Els assajos de duresa es poden classificar depenent dels rangs de càrrega que s’emprin durant la prova. Això sí, sempre es basa en la magnitud de la càrrega principal aplicada a la mostra i es divideix en 3 categories principals, gràcies a les quals som capaços de seleccionar el mètode d’assaig de duresa més adequat segons la mida de la mostra, la duresa del material i l’aplicació específica requerida:
- Macroduresa. S’utilitzen càrregues principals bastant elevades, les quals solen rondar els 5 kgf o més. Així obtenim indentacions proporcionalment grans a la mostra. Els mètodes d’assaig de duresa a macroescala inclouen els de Brinell, Vickers i Rockwell. S’utilitzen per a materials amb majors dureses i per a peces de major mida.
- Càrrega baixa. Les càrregues principals estan dins del rang de 0,2 kgf a 5 kgf. Aquests mètodes són utilitzats normalment en peces petites, capes gruixudes i materials de baixa duresa, sent el més comú en aquesta categoria l’assaig de Vickers.
- Microduresa. Requereixen l’ús de càrregues principals molt petites, generalment inferiors a 0,2 kgf, el que ens dóna indentacions molt petites a la mostra. El mètode més comú per a assajos de microduresa és el mètode Vickers i s’utilitza principalment per determinar la duresa de capes fines, petits cristalls individuals o inclusions.
Factors que poden afectar la mesura
Per obtenir resultats precisos en els assajos de duresa necessitem tenir en compte tots els factors que poden variar els resultats. Hem de tenir en compte que, si usem càrregues petites, caldrà prestar atenció extra a tots els elements que comentarem a continuació per garantir la fiabilitat dels resultats:
Factors externs
És imprescindible controlar les condicions externes (llum, brutícia, vibracions, temperatura, humitat, etc.) per evitar que afectin el procés de mesura.
Estabilitat de l’equip
El duròmetre sempre haurà d’estar col·locat sobre una taula horitzontal sòlida. La mostra, per la seva banda, haurà d’estar adequadament subjecta mitjançant un portamostres o un enclusa per garantir l’estabilitat durant l’assaig.
Posicionament del penetrador
El penetrador haurà d’alinear-se i col·locar-se en posició perpendicular respecte a la superfície de la mostra que s’està provant.
Il·luminació consistent
En els assajos de duresa de Vickers, Knoop o Brinell la configuració de la il·luminació ha de ser constant per garantir mesuraments.
Recalibració de l’equip
Caldrà recalibrar o verificar el duròmetre cada vegada que es canviï el penetrador o la lent de l’objectiu per mantenir la precisió de les mesures al llarg del temps.
Què tenir en compte
Ara que hem explicat les formes de mesurar la duresa d’un material la següent pregunta a respondre és, com seleccionar el mètode més adequat? Abans hem comentat que tot dependrà de les necessitats que tinguem del material. No obstant això, també haurem de tenir en compte altres elements relacionats amb la microestructura i l’objectiu del projecte. Per això, hem fet un petit resum de tot al que cal prestar una mica més d’atenció:
Microestructura del material
Cal considerar l’homogeneïtat o heterogeneïtat d’aquesta particularitat en el material. Si és molt heterogeni necessitarà segurament d’una impressió més gran.
Tipus de material
El que triem influirà, per descomptat, en l’elecció del mètode d’assaig de duresa, ja que alguns són més adequats per a certs tipus de materials que altres.
Mida i estat de la peça
Ambdues qualitats afectaran en l’elecció del mètode perquè alguns d’ells seran més adequats per a peces més grans o petites, així com per a materials en diferents estats (foses, forjades, etc.).
Normatives i estàndards
És necessari verificar si hi ha normatives específiques que requereixin un mètode d’assaig de duresa en particular.
Embutició
Haurem d’analitzar si el mètode que triem requereix que es prepari la mostra mitjançant embutició.
Quantitat de mostres i precisió requerida
Haurem de tenir en compte i saber el nombre de mostres que se sotmetran a l’assaig i la precisió que es necessita de totes elles.
Tenint en compte aquests factors serà més fàcil seleccionar el mètode d’assaig de duresa més adequat segons la seva aplicació específica i obtenir resultats fiables i significatius. No obstant això, si necessites ajuda amb proves o materials, el millor és recórrer a un professional del sector que pugui assessorar-te sobre la mesura més correcta.
A Initube creiem que la especialització ajuda a tocar la perfecció, i això és el que hem fet amb el tall i mecanitzat de tubs i perfils de tot tipus de material fèrric. Portem acumulats ja més de 40 anys d’experiència en el sector metal·lúrgic. Per això, si necessites un partner que sàpiga de metalls, només has de posar-te en contacte amb el nostre equip perquè puguem assessorar-te de la millor manera possible, usant la nostra experiència.
