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La dureza es una propiedad fundamental de los materiales y esta relacionada con la resistencia mecánica. La dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie. Cuanto mas pequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, mas duro será el material ensayado. El penetrador en un ensayo de dureza es generalmente una esfera, pirámide o cono hecho de un material mucho mas duro del que se ensaya, como por ejemplo acero endurecido, diamante o carburo de tungsteno sinterizado. El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: • Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. • Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard. • Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. • Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. • Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000. • Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. • Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. • Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell. Conceptos Generales: Es fácil comprender el concepto general de la dureza como una cualidad de la materia que tiene que ver con la solidez y la firmeza de contorno, pero no se ha ideado todavía ninguna medida universal de la dureza aplicable a todos los materiales. La “física” fundamental de la dureza aún no se ha entendido claramente. Un número diferente de “definiciones” arbitrarias de dureza forman la base para los varios ensayos de dureza ahora en uso; algunas de estas definiciones son: - Resistencia de la indentación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración). - Absorción de energía bajo cargas de impacto (dureza por rebote). - Resistencia de la abrasión (dureza por desgaste). - Resistencia al rayado (dureza por rayado). - Resistencia a la cortadura, a la perforación. Introducción En honor al doctor J. A. Brinell, este ensayo se basa en el principio de que se puede medir la dureza de un metal midiendo las dimensiones de la huella producida al comprimir contra el una bola de acero aplicando una carga estatica, la escala es teorica sin tomar en cuenta alguna dureza relativa o que exista alguna relacion estrecha entre la escala y la resistencia a la traccion, se utiliza en materiales de durezas bajas. Utiliza penetradores en forma de bolas de diferentes diámetros; estos pueden ser de acero templado o de carburo de tungsteno¹, normalmente de 5 o10 mm de diametro, utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos y estas dependen del diametro de bola utilizado y de la dureza relativa del material a ensayar, este ensayo de dureza esta regulado por la astm que indica que para metales ferreos se debe emplear una carga de 3000 kg durante 10 sg con una bola de 10 mm, y que para metales no ferrosos la carga sera de 500 kg con bola de 10 mm y por un tiempo no inferior a 30 sg, las cuales se pueden normalizar de acuerdo con la siguiente formula, que establece que se pueden obtener numeros de dureza iguales aunque se usen diametros diferentes siempre iy cuando las cargas aplicadas se mantengan prorcionales p = kd² , donde k=30 para aceros y fundiciones y p = kd2 , donde k=5 para aleaciones no ferrosas El ensayo de dureza es, juntamente con el de tracción, uno de los más empleados en la selección y control de calidad de los metales. Intrínsecamente la dureza es una condición de la superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por tres procedimientos. El más usado en metales es la resistencia a la penetración de una herramienta de determinada geometría. El ensayo de dureza es simple, de alto rendimiento ya que no destruye la muestra y particularmente útil para evaluar propiedades de los diferentes componentes micro estructurales del material. Los métodos existentes para la medición de la dureza se distinguen básicamente por la forma de la herramienta empleada (penetrador), por las condiciones de aplicación de la carga y por la propia forma de calcular (definir) la dureza. La elección del método para determinar la dureza depende de factores tales como tipo, dimensiones de la muestra y espesor de la misma. I.- Ensayo de Dureza Brinell El ensayo de dureza Brinell (HB), es un ensayo mecánico propuesto por el sueco J.A. Brinell en 1900. Es el ensayo de dureza más ordinario. Consiste en una prensa hidráulica de operación manual diseñada para imprimir un indentador sobre la superficie de la probeta analizada; la presión se mide por un manómetro y se aplica por medio de una bomba de aceite, la pieza de ensayo se coloca en soporte que puede subir o bajar mediante un tornillo. Este ensayo se utiliza en materiales de durezas bajas. Utiliza penetradores en forma de bolas de diferentes diámetros; estos pueden ser de acero templado o de carburo de tungsteno. Utiliza cargas normalmente hasta 3000 kilogramos, las cuales se pueden normalizar de acuerdo con la siguiente formula: p = kd² Donde: p: carga a utilizar. K: representa una constante que vale 5, 10 o 30 dependiendo del material que este siendo ensayado. D: diámetro del indentador que se va a utilizar en la prueba. Para hallar el grado de dureza brinell, se emplea la siguiente formula: HB = F / ACE En donde: • HB : Grado de dureza Brinell • F : Fuerza aplicada al material en el ensayo • ACE : Área del casquete esférico En donde: - D : Diámetro de la bola de acero - d : Diámetro de la huella Por lo que la fórmula completa para la dureza Brinell queda: HB = F / [(/2) D (D-(D2 - d2)½)] La carga se aplica durante 30 segundos y luego se retira. Inmediatamente se lee en milímetros el diámetro de la impresión. Se puede destacar el hecho de que los materiales que más comúnmente son analizados bajo este tipo de prueba física son aleaciones no ferrosas e incluso algunos tipos de aleaciones ferrosas que exceden el punto austenítico (2% de C), también denominadas “Fundiciones”, tales como: • Hierro Gris • Hierro Blanco • Hierro Maleable • Hierro Nodular La mayoría de las pruebas de dureza producen deformación plástica en el material y todas las variables que influyen en la deformación plástica la afectan; por ejemplo, ya que el esfuerzo de cedencia se ve afectado considerablemente por la cantidad de trabajo en frío y el tratamiento térmico al que se halla sometido el material, la dureza se vera afectada por los mismos factores. En aquellos materiales que muestran características similares de endurecimiento por trabajo, existe una valida correlación entre la dureza y la resistencia máxima a la tensión. La prueba de dureza puede hacerse muy fácilmente y la información obtenida se evalúa inmediatamente. Por estas razones y por su carácter no destructivo, se emplea frecuentemente para control de calidad en producción. A) Equipos Utilizados. Hay disponibles varios tipos de máquinas para hacer este ensayo; pueden definir en cuanto a : el método de aplicación de la carga ( presión de aceite, tornillo propulsado por engranes, pesas con palanca),método de operación (manual, fuerza motriz), método de medición de la carga (pistón con pesas y calibrador bourdon, dinamómetro, pesas con palanca ), y tamaño ( grande y pequeño).Este tipo de ensayo puede realizarse en una pequeña máquina universal de ensaye mediante el uso de un adaptador adecuado para sujetar la bola, asi como las máquinas especiales diseñadas con este propósito. Equipo de mesa universal para comprobación de materiales [2] Rueda para generar fuerza. Máxima 20 kN [3] Dinamómetro. Rango: 0...20 kN, error 0.5 kN; instrumento indicador con manilla de arrastre [5] Medidor de alargamiento. Rango: 0...10 mm / Error: 0.01 mm [9] Generación de la fuerza mediante sistema hidráulico operado manualmente Los aspectos principales de una típica máquina de Brinell de ensaye de operación hidráulica se ilustran en el dibujo; la probeta se coloca sobre el yunque y se eleva para establecer contacto con la bola. La carga se aplica bombeando aceite al cilindro principal, el cual fuerza el pistón o émbolo hacia abajo y oprime la bola contra la probeta; el émbolo lleva un ajuste pulido de modo que los efectos fricciónales son usualmente despreciables. El calibrador bourdon se usa solamente para indicar aproximadamente la carga y cuando se aplica la carga deseada, la pesa equilibrante de arriba de la máquina es izada por la acción del pequeño pistón lo cual garantiza que no se aplique una sobrecarga a la esfera. B) Penetradrores o identadores y cargas. Este ensayo consiste en oprimir una bola de acero endurecido o de carburo de tungsteno, con una fuerza adecuada igualmente a la dureza del material. De acuerdo con las especificaciones de la ASTM (ASTM E 10), las estipulaciones de las cuales se siguen aquí, se acostumbra usar una bola de 10 mm y una carga de 3000 Kg, para metales duros, 1500Kg para metales de dureza intermedia y 500 Kg para materiales suaves. El balín estándar para la prueba de dureza Brinell debe ser de 10 mm de diámetro con una desviación de este valor no mayor de 0.005mm en el diámetro. Puede usarse el balín que tenga una dureza Vickers de por lo menos 850 usando una carga de 98 N (10 kgf)en materiales que tengan una dureza no mayor de 450 DB o un balín de carburo de tungsteno en materiales con una dureza no mayor de 630 DB. La prueba de dureza Brinell no se recomienda en materiales que tengan una dureza mayor de 630 DB. El balín debe ser pulido y estar libre de defectos; en las pruebas de investigación o de arbitraje debe informarse específicamente el tipo de balín empleado cuando se determinen durezas Brinell que sean mayores de 200. Dispositivo para realizar muescas en materiales. Girando en el sentido de las agujas del reloj se hace descender el dispositivo sobre la muestra para generar una huella. Se hace subir lentamente la fuerza ejercida hasta alcanzar un cierto valor y se descarga la maquina tras 15 segundos, girando en sentido contrario a las agujas del reloj. El tiempo de aplicación de la fuerza varia entre 10-30 seg. Es destacable la diferencia de las pesas que son usadas en este tipo de durómetros, las cuales a pesar de tener un peso específico son ayudadas por el brazo de potencia que tiene adicionado el durómetro Brinell, el cual multiplica determinado número de veces la carga de las pesas para que en el penetrador o identador se ejerza la fuerza necesaria para dejar una impresión. A continuación se expresan las cargas que son aplicadas en la probeta. • 1 Brazo de Palanca 187.5 Kg • 1 Pesa 62.5 Kg • 1 Pesa 250 Kg • 5 Pesas 500 Kg Peso Total 3000 Kg En un determinado caso se puede variar la carga aplicada en el durómetro cambiando o quitando pesos del brazo de potencia para obtener distintos resultados de carga. C) Métodos para medir la Huella. Se fuerza un indentador de balín de acero templado o de carburo de tungsteno de un diámetro adecuado a la dureza del material contra la probeta, con una fuerza adecuada igualmente a la dureza del material. El tiempo de aplicación de la fuerza varia entre 10-30 seg. Dependiendo de la aleación examinada; después se quita la carga y se mide el diámetro de la impresión en la probeta con un microscopio o lente especial con un rastreador láser para lectura automática. El número de dureza de Brinell es nominalmente la presión por área unitaria (Kg x mm2), de la huella que queda después de retirar la carga; se obtiene dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de la huella, la cual se supone esférica. En la prueba deben medirse dos diámetros de la huella perpendiculares entre sí. Y su valor promedio se usa como base para calcular él numero de dureza Brinell, estas mediciones comúnmente son tomadas con un microscopio portátil a bajos aumentos que tiene una escala fija en el ocular Las huellas se miden en 2 direcciones perpendiculares, como se muestra para corregir posibles deformaciones de la huella con respecto a la forma circular. Aunque existen algunas máquinas de ensayo Brinell que dan una lectura directa, normalmente, para determinar el número de dureza, se utiliza la siguiente fórmula: HBN= 2p /p D ( D-(D² -d²)½) Donde: P: Carga Utilizada. D: Representa el diámetro del identador. d: Representa el diámetro de la huella. MICROSCOPIO DE MEDICION En el ensayo normal el diámetro de la indentación se mide usando un microscopio o micrómetro que lleve una escala transparente grabada en el campo visual; la escala tiene divisiones correspondientes a 0,1 mm y las mediciones se hacen por estimación, hasta cuando menos 0,02mm. El diámetro se toma como promedio de dos lecturas tomadas a 90º una de la otra, aunque aveces la profundidad de la indentación se mide por medio de un indicador calatular fijado al émbolo y accionado por un arco que se mantiene pegado a la superficie de la probeta. D) Fundamentos del Ensayo. Johan August Brinell (1849, Bringetofta - 1925, Estocolmo) fue un ingeniero sueco, creador del método Brinell para determinar la dureza de un material, propuesto en el año 1900 durante la exposición universal de París. Consiste en comprimir una bola de acero templado,de un diámetro determinado, sobre el material a ensayar, por medio de una carga y durante un tiempo establecido. Realizó además grandes estudios sobre la composición interna del acero durante el proceso de calentamiento y enfriamiento. Consiste en aplicar y comprimir progresivamente sobre una superficie plana y lisa del material a ensayar, una bola de acero muy duro, manteniendo la presión durante un cierto tiempo para que se produzca un impresión o huella en forma de casquete esférico. Después se mide el diámetro de la huella con un microscopio y se halla la dureza de Brinell dividiendo la carga que ha actuado sobre la bola por la superficie de huella. E) Estado de la Superficie de la Probeta. Para realizar un ensayo por este procedimiento la superficie de la probeta de be ser plana y estar razonablemente bien pulida; de otra manera se encontrarán dificultades al hacer una determinación exacta del diámetro de la huella. En el ensayo normal, la carga completa se mantiene por un mínimo de 15 segundos para los metales no ferrosos, y de 30 segundos para los metales más suaves, y después de este intervalo la carga se retira y se mide el diámetro de la huella hasta 0,02mm más cercano con el microscopio. Sin embargo, frecuentemente se usa un intervalo de 30 segundos para los no ferrosos y uno de 60 segundos para otros metales. La distancia del centro de la huella a la orilla de la probeta o a la orilla de otra huella debe ser cuando menos tres veces el diámetro de la misma. Cuando menos la superficie sobre la cual se va a aplicar la carga debe estar limada, esmerilada o pulida con un material abrasivo, de tal manera que las orillas de la huella estén claramente definidas para permitir la medición del diámetro con la exactitud especificada. F) Espesor Mínimo de la probeta o de la sección ensayada. El espesor de la probeta debe ser tal, que en la cara opuesta a la de la prueba no quede huellas u otras marcas de esta. En cualquier caso el espesor de la probeta debe ser cuando menos 10 veces la profundidad de la huella. Cuando menos la superficie sobre la cual se va a aplicar la carga debe estar limada, esmerilada o pulida con un material abrasivo, de tal manera que las orillas de la huella estén claramente definidas para permitir la medición del diámetro con la exactitud especificada. G) Relación entre dureza Brinell y resistencia a la tracción. Según la relación de Tabor, la resistencia mecánica de un material plástico ideal en kg/mm2 es la tercera parte de su dureza expresada en Brinell. Además la dureza puede variar significativamente de la superficie al interior de la pieza según los tratamientos térmicos y el proceso de conformado al que haya sido sometida. Se puede hacer un estimado de la resistencia a la tracción mediante una equivalencia, la cual es: Rt= HB*10 / 3 Rt= Resistencia a la tracción (MPa) HB= Dureza brinell Dureza Brinell Resistencia a la tracción Dureza Rockwell Dureza Vickers Dureza Shore ø mm HB MPa HRc HRb HV D - - - 68 - 940 105 2,30 712 - 67 - 903 104 2,30 697 - 66 - 870 103 2,35 682 - 65 - 840 102 2,37 668 - 64 - 813 100 2,40 653 - 63 - 787 98 2,43 639 - 62 - 762 96 2,45 624 - 61 - 738 93 2,48 611 - 60 - 715 91 2,51 595 - 59 - 693 89 2,54 582 - 58 - 672 87 2,57 568 - 57 - 652 84 2,60 555 2148 56 - 632 82 2,63 542 2089 55 - 612 80 2,66 530 2011 54 - 593 78 2,69 517 1933 53 - 575 76 2,72 507 1874 52 - 558 74 2,75 495 1815 51 - 542 72 2,78 485 1756 50 - 526 70 2,81 473 1687 49 - 510 68 2,85 462 1638 48 - 495 67 2,88 451 1579 47 - 480 65 2,91 440 1530 46 - 466 64 2,95 429 1472 44 - 449 62 3,00 415 1413 42 - 429 60 3,05 401 1364 41 - 410 58 3,10 388 1315 40 - 393 56 3,15 376 1265 39 - 379 54 3,20 363 1226 37 - 365 52 3,25 353 1187 36 - 353 51 3,30 341 1148 35 - 341 50 3,35 331 1118 34 - 331 49 3,40 321 1079 33 - 321 48 3,45 311 1050 31 - 311 46 3,50 302 1020 30 - 302 45 3,55 294 991 29 - 294 44 3,60 285 961 28 - 285 43 3,65 277 932 27 - 277 42 3,70 269 902 26 - 269 41 3,75 262 873 25 - 262 40 3,80 255 853 24 - 255 39 3,85 248 834 23 - 248 38 3,90 241 814 21 - 241 37 3,95 235 795 20 - 235 36 4,00 229 775 19 100 229 - 4,05 223 755 18 99 223 35 4,10 217 735 17 98 217 - 4,15 212 716 16 97 212 34 4,20 207 696 15 96 207 33 4,25 201 677 14 95 201 - 4,30 197 667 13 94 197 32 4,35 192 647 12 93 192 31 H) Máquinas portátiles para resistencia Brinell. Existen diversas máquinas portátiles, o adaptaciones para medir la dureza Brinell, éstos emplean métodos distintos para obtener sus respectivos resultados, como se mencionan unos cuantos a continuación. Durómetro Brinell portátil, manual, para cargas de 250 kgf hasta 3000 kgf. Puede ser equipado con una base, opcional, para su utilización como durómetro estacionario. El Brinell Check es un petito instrumento vídeo (se tiene en una mano) capaz de medir automáticamente el valor de dureza Brinell sobre huellas de 0,5 mm a 2,5 mm o de 1,5 mm a 5 mm de diámetro. Dotado de una base magnética, puede quedar en posición erguida y estable sobre la huella permitiendo una visión perfectamente nítida de la imagen y garantizando mediciones esmeradas y constantes.

ACEROS AL CARBONO Aceros de construcción Aceros de bajo contenido de carbono Tratamiento térmico de los aceros al carbono de construcción Aceros al carbono para cementación Aceros al carbono de alta maquinabilidad El principal producto siderúrgico es el acero, siendo aproximadamente el 90% de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. Por lo tanto, el material metálico más importante para la industria es el acero al carbono. El acero al carbono es una aleación de composición química compleja. Además de hierro, cuyo contenido puede oscilar entre 97,0-99,5%-, hay en él muchos elementos cuya presencia se debe a los procesos de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros). El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. Los aceros se clasifican teniendo en cuenta sus propiedades y utilización, en tres grandes grupos: aceros de construcción, aceros de herramientas y aceros inoxidables. ACEROS DE CONSTRUCCIÓN. Son los aceros que se utilizan para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos, etc. 1. Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general. 2. Aceros de baja aleación y alto límite elástico para grandes construcciones metálicas, puentes, torres etc. 3. Aceros de fácil mecanización en tornos automáticos. Los aceros de construcción generalmente se emplean para la fabricación de piezas, órganos o elementos de maquinas y de construcción de instalaciones. En ellos son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento Aceros ordinarios al carbono que se usan en bruto de forja o laminación. Se incluyen los aceros cuyas propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen. Se emplean en grandes cantidades para la construcción de estructuras metálicas de edificios, para elementos y piezas de maquinaria, motores, ferrocarriles, etc., y su contenido de carbono suele variar desde 0.03 a 0.70%. Además siempre contienen pequeñas cantidades de manganeso y silicio que se emplean como elementos auxiliares en los procesos de fabricación, fósforo y azufre que son impurezas perjudiciales que provienen de las materias primas (lingotes, chatarra, combustibles y minerales). En general los aceros ordinarios contienen: Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10% De acuerdo con las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de aceros ordenados por su resistencia a la tracción. Cuando se desean resistencias de 38 a 55 Kg/mm2 se emplean aceros en bruto de forja o laminación. Para resistencias de 55 a 80 Kg/mm2 se emplean unas veces los aceros al carbono en bruto de forja y laminación, y otras veces se emplean los aceros al carbono tratados (templados y revenidos), para resistencias superiores a 80 Kg/mm2 se suelen emplear aceros tratados. ACEROS DE BAJO CONTENIDO DE CARBONO Estos aceros contienen menos del 0.25% C, no adquieren dureza sensible con un temple. Su resistencia media en estado normalizado varia de 35 a 53 Kg/mm2 y los alargamientos de 33 a 23%. Teniendo en cuenta sus características, se suelen agrupar en tres clases: Denominación Características aproximadas R (Kg/mm2) A% Carbono% Semidulces, Dulces, Extradulces 5045 <40 2528>30 0.200.15<0.08 R: resistencia a la tracción A: alargamiento Con estos aceros de 0.06 a 0.25% de carbono, se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento térmico especial. Aceros semiduros forjados o laminados para la construcción de piezas de maquinaria en general. Los aceros ordinarios de contenido en carbono comprendido entre 0.25 y 0.70% de C que se emplean en estado bruto de forja o laminación se suelen emplear para piezas de maquinaria en general Aceros de 0.30% de C. Ejes para vagones, ruedas, piezas de maquinaria, etc. (R=57 Kg/mm2, A = 23%) Aceros de 0.40% e C. Elementos de maquinas y motores, alambres para cables, ejes para locomotoras, etc. (R = 65 Kg/mm2, A = 19%) Aceros de 0.50% de C. Bandejas, alambres, flejes, herramientas agrícolas forjadas etc. (R = 74 Kg/mm2, A=17%). Aceros de 0.60% de C. Para fleje duro, alambre, herramientas para agricultura, etc. (R = 82 Kg/mm2, A = 15%). Influencia de elementos extraños en las características mecánicas de los aceros de bajo contenido en carbono. La presencia de fósforo y azufre, salvo en muy pocas ocasiones, es perjudicial para la calidad de los aceros, procurándose eliminar esos elementos en los procesos de fabricación. En general se recomienda que en los aceros ordinarios el contenido de cada uno de esos elementos no pase del 0.06%, y en los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fósforo y azufre inferiores a 0.03%. El azufre cuando se presenta como sulfuro de hierro, provoca durante los procesos de forja o laminación del acero poca resistencia y a veces se agrieta por iniciarse la fusión de éste, que se encuentra en el acero en forma de retícula en la micro estructura del acero. Por el contrario cuando aparece como sulfuro de manganeso, tiene una temperatura de fusión muy elevada, y no da paso a la fragilidad en caliente; en ambos casos el alargamiento y la resistencia del acero queda muy disminuido. El fósforo se encuentra siempre disuelto en los granos de ferrita a los que comunica gran fragilidad. TRATAMIENTOS TERMICOS DE LOS ACEROS AL CARBONO DE CONSTRUCCION RECOCIDO: el objeto de este tratamiento es ablandar el acero, homogenizar su estructura y composición química y aumentar su ductilidad. Se presentan cuatro formas: -Recocido de regeneración: Cuando después de la forja o laminación se desea mecanizar en las mejores condiciones posibles los aceros con porcentajes de carbono variables de 0.35 a 0.60%. -Recocido de ablandamiento: En algunos casos en que interesa disminuir la dureza de los aceros al carbono. -Recocidos contra acritud: Se emplea para aceros de bajo contenido en carbono (inferior a 0.30%) que han sufrido un fuerte trabajo en frío por laminado o estirado y en los que la dureza ha aumentado por deformación de los cristales, habiéndose disminuido al mismo tiempo la ductilidad y el alargamiento hasta limites tan bajos que no se puede seguir el proceso mecánico de transformación en frío porque se rompe el acero. -Recocido globular: En algunos casos excepcionales en que se interesa que los aceros queden con estructuras globulares debe calentarse durante largo tiempo el acero a temperaturas entre 700º a 740ºC y luego enfriar lentamente. De esta forma el material tiene una extraordinaria ductilidad. -Normalizado: Este tratamiento consiste en calentar el acero a unos 50ºC por encima de la temperatura crítica Ac y enfriarlo luego al aire. Su empleo es importante cuando la estructura cristalina del acero es gruesa por haber sufrido calentamientos a temperaturas muy elevadas, o porque el trabajo de forja ha sido insuficiente para destruir la estructura en bruto de colada o la estructura cristalina no es la correcta. -Temple y revenido: Al dar a los aceros al carbono un temple y revenido se consiguen muy buenas características cuando el perfil es delgado. En un acero al carbono bien templado o revenido, el valor del limite elástico suele llegar a ser un 75% de la carga de rotura. Cuando interesa fabricar piezas con resistencia de 38 a 55 Kg/mm2 es, en general, muy poco ventajoso el tratamiento térmico (temple y revenido), ya que por tratarse de aceros de bajo contenido de carbono (0.15 a 0.30%). Cuando quieren fabricarse piezas con esas resistencias en general, conviene utilizar aceros en bruto de forja, laminados o normalizados. Sin embargo en casos excepcionales cuando se desea conseguir la mejor combinación de características (resistencia, alargamiento y alto limite elástico) se pueden templar y revenir los aceros de 0.15 a0.30% de C obteniéndose, resistencias variables de 38 a 55 Kg/mm2, alargamientos y limites de elasticidad ligeramente superiores a los que corresponden al estado normalizado. Cuando se trata de piezas de gran espesor el tratamiento es casi inútil porque se presenta el problema de poca penetración de temple o templabilidad. Los aceros al carbono templados y revenidos con porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.55%, se suelen emplear generalmente con resistencias comprendidas entre 55 y 90 Kg/mm2 y, a veces, en casos excepcionales como el de fabricación de muelles, se usan hasta resistencias de 150 a 200 Kg/mm2. El empleo de los aceros al carbono templados y revenidos para la fabricación de piezas con esas resistencias tiene varias ventajas. Una muy importante es que el limite de elasticidad es más elevado que en los aceros normalizados o recocidos, y otra que la combinación de características (resistencia y alargamiento) también se mejora. En cambio si esa resistencia se consigue templando y reviniendo la pieza después de mecanizada, el trabajo de torno o fresa se podrá hacer previamente en estado recocido mucho más fácil. En el caso de que por mecanizado haya que quitar material, preferible, como hemos dicho, mecanizar en estado de recocido y luego templar y revenir, dejando generalmente en el mecanizado un exceso de medidas para eliminar luego las deformaciones que se producen en el temple y revenido. Cuando la cantidad de material a eliminar por mecanizado es pequeña puede convenir templar y revenir el material y luego mecanizar las piezas pudiéndolas dejar así a las medidas definidas. ACEROS AL CARBONO PARA CEMENTACION Acero 1010: q Acero muy tenaz, para piezas de pequeño tamaño y forma sencilla, en las cuales no sean necesarios altos valores de resistencia mecánica (bujes, pasadores, etc.). q Se usa con temple directo en agua. q En estado normalizado o como laminado sirve para piezas embutidas o estampadas en frío. Acero 1015: q Para construcciones mecánicas de baja resistencia. q Tiene los mismos usos del 1010 pero se prefiere cuando se necesita un corazón más duro y tenaz. Acero 1022: q Para partes de vehículos y maquinaria que no sean sometidas a grandes esfuerzos mecánicos. q Posee mejor resistencia en el núcleo que el 1015. Aceros al carbono de temple y revenido Acero 1020: q Esta clase de acero puede ser empleado en piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. q Considerando la escasa penetración de temple que tiene, generalmente se usa en estado normalizado. q Puede emplearse en estado templado y revenido para piezas de pequeño espesor. q Puede ser cem4entado cuando se requieren en el núcleo propiedades mecanizas más altas de las que pueden obtenerse con el tipo 1015 en cuyo caso se aplican las mismas normas de cementación que las especificadas para este acero. Acero 1030: q Acero para temple y revenido para los más amplios usos, tales como ejes, arboles y todas aquellas piezas que no estén sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos. q Como no tiene gran penetración de temple, este tipo de acero es aconsejable solamente para piezas templadas y revenidas de tamaño pequeño. Acero 1040: q La templabilidad de este acero es mejor que la de los dos anteriores; se usa para piezas de maquinas de pequeño y mediano espesor y sirve para piezas que deban ser templadas a inducción, o con soplete. Acero 1045: q Es un acero muy apropiado para piezas de pequeño tamaño que deban templarse a inducción, obteniéndose una dureza superficial de 54-56 Rc. q Se emplea para herramientas forjadas de todo tipo, como: hachas, azadones, rastrillos, picas, martillos de varios usos, porras, etc. Acero 1050: q Gracias a la buena penetración de temple que tiene este acero, es apto para piezas de maquinas que deban soportar esfuerzos altos, longitudinales y transversales, pero sin impactos continuos. q Para piezas de pequeño espesor es preferible el temple en aceite; para las piezas de mayor espesor y forma sencilla, en agua. Acero 1055: q Tiene más o menos los mismos usos del 1050. Sirve para fabricar pasadores que deban soportar esfuerzos muy elevados. En este caso se pueden templar las piezas por inducción. q usan para herramientas agrícolas que deban tener más resistencias que las fabricadas con acero 1045. Acero 1060: q Como acero de construcción tiene los mismos usos que el 1055, pero para piezas que deban tener una resistencia mecánica más elevada. q Como acero de corte sirve para herramientas de trabajas plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc). q Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple al soplete se pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica que sean sometidos a desgaste. q Este acero puede ser también usado para resortes. parte 5

ACEROS INOXIDABLES Clasificación de los aceros inoxidables Aceros inoxidables martensíticos Aceros inoxidables ferríticos Aceros inoxidables austeniticos Usos de los aceros inoxidables Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. El extenso rango de propiedades y características secundarias, presentes en los aceros inoxidables hacen de ellos un grupo de aceros muy versátiles. La selección de los aceros inoxidables puede realizarse de acuerdo con sus característcas: • Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. • Propiedades mecánicas del acerol • Características de los procesos de transformación a que será sometido. • Costo total (reposición y mantenimiento) - Disponibilidad del acero. Los aceros inoxidables tienen una resistencia a la corrosión natural que se forma automáticamente, es decir no se adiciona. Tienen una gran resistencia mecánica, de al menos dos veces la del acero al carbono, son resistentes a temperaturas elevadas y a temperaturas criógenicas. Son fáciles de transformar en gran variedad de productos y tiene una apariencia estética, que puede variarse sometiendo el acero l a diferentes tratamientos superficiales para obtener acabado a espejo, satinado, coloreado, texturizado, etc. CLASIFICACION DE LOS ACEROS. Los aceros inoxidables no son indestructibles, sin embargo con una selección cuidadosa, sometiéndolos a procesos de transformación adecuados y realizando una limpieza periódica, algún integrante de la familia de los aceros inoxidables resistirá las condiciones corrosivas y de servicio más severas. Serie 400 Aceros Inoxidables Martensíticos Son la primera rama de los aceros inoxidables, llamados simplemente al Cromo y fueron los primeros desarrollados industrialmente (aplicados en cuchillería). Tienen un contenido de Carbono relativamente alto de 0.2 a 1.2% y de Cromo de 12 a 18%. Los tipos más comunes son el AISI 410, 420 y 431 Las propiedades básicas son: Elevada dureza (se puede incrementar por tratamiento térmico) y gran facilidad de maquinado, resistencia a la corrosión moderada. Principales aplicaciones: Ejes, flechas, instrumental quirúrgico y cuchillería. Serie 400 Aceros Inoxidables Ferríticos También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo <0.2%. Los tipos más comunes son el AISI 430, 409 y 434 Las propiedades básicas son: Buena resistencia a la corrosión. La dureza no es muy alta y no pueden incrementarla por tratamiento térmico. Principales aplicaciones: Equipo y utensilios domésticos y en aplicaciones arquitectónicas y decorativas. Serie 300 Los Aceros Inoxidables Austeníticos. Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades, se obtienen agregando Níquel a la aleación, por lo que la estructura cristalina del material se transforma en austenita y de aquí adquieren el nombre. El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22% y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos más comunes son el AISI 304, 304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene - limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas. Principales aplicaciones: Utensilios y equipo para uso doméstico, hospitalario y en la industria alimentaria, tanques, tuberías, etc. ALGUNOS USOS DE LOS ACEROS INOXIDABLES. Los aceros inoxidables ofrecen resistencia a la corrosión, una adecuada relación resistencia mecánica - peso, propiedades higiénicas, resistencia a temperaturas elevadas y criogénicas y valor a largo plazo. Son totalmente reciclables y amigables con el medio ambiente. Los aceros inoxidables son ampliamente utilizados en varios sectores, desde la más sofisticada aplicación industrial hasta los utensilios domésticos. Contribuyen, de manera indirecta, a satisfacer las necesidades humanas básicas tales como alimentación, salud, construcción, medio ambiente, transporte y energía. Algunos ejemplos de productos fabricados con aceros inoxidables son los equipos de procesos químicos y petroquímicos, equipos de proceso de alimentos y bebidas, equipos farmacéuticos, cámaras de combustión, sistemas de escape y filtros automotrices, vagones de ferrocarril, aplicaciones arquitectónicas y estructurales, mobiliario urbano, paneles de aislamiento térmico, intercambiadores de calor, tanques y recipientes, barriles de cerveza, instrumentos quirúrgicos, agujas hipodérmicas, monedas, tarjas, ollas y sartenes, cubiertos, lavadoras, lavavajillas y utensilios de cocina. En la industria química y petroquímica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento. En la industria de alimentos y bebidas y en la industria farmacéutica, proveen excelentes condiciones de higiene además de su resistencia a la corrosión y duración a largo plazo.

La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar (mineralogía) o crear marcas en la superficie mediante micro penetración de una punta (penetrabilidad). En metalurgia la dureza se mide utilizando un durómetro para el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza. El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres. Las escalas de uso industrial actuales son las siguientes: • Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero templado o carburo de W. Para materiales duros, es poco exacta pero fácil de aplicar. Poco precisa con chapas de menos de 6mm de espesor. Estima resistencia a tracción. • Dureza Knoop: Mide la dureza en valores de escala absolutas, y se valoran con la profundidad de señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con una punta de diamante al que se le ejerce una fuerza standard. • Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. • Rockwell superficial: Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. • Dureza Rosiwal: Mide en escalas absoluta de durezas, se expresa como la resistencia a la abrasión medias en pruebas de laboratorio y tomando como base el corindón con un valor de 1000. • Dureza Shore:Emplea un escleroscopio. Se deja caer un indentador en la superficie del material y se ve el rebote. Es adimensional, pero consta de varias escalas. A mayor rebote -> mayor dureza. Aplicable para control de calidad superficial. Es un método elástico, no de penetración como los otros. • Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Mejora del ensayo Brinell para efectuar ensayos de dureza con chapas de hasta 2mm de espesor. • Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell. Conceptos Generales: • La dureza es una propiedad mecánica de los materiales consistente en la dificultad que existe para rayar o crear marcas en la superficie mediante micropenetración de una punta (penetrabilidad). • Se denomina dureza a la resistencia a ser rayado que ofrece la superficie lisa de un mineral, y refleja, de alguna manera, su resistencia a la abrasión. Mediante el estudio de la dureza de un mineral se evalúa, en parte, la estructura atómica del mismo pués es la expresión de su enlace más débil. • El grado de dureza se mide en mineralogía por comparación, determinándose la facilidad o dificultad en que un mineral es rayado por otro. Un mineral blando siempre es rayado por cualquier mineral más duro y nunca al revés. Dureza Objetivos - conocer y manejar la maquina universal para el ensayo de dureza. - conocer el procedimiento adecuado para la realización de un ensayo de dureza que arroje resultados validos. - identificar el tipo de ensayo que se debe aplicar a un material especifico. - manejar de manera correcta las formulas necesarias para la determinación de los números de dureza brinell rockwell y vickers. Teoría del ensayo la dureza es una propiedad fundamental de los materiales y esta relacionada con la resistencia mecánica. la dureza puede definirse como la resistencia de un material a la penetración o formación de huellas localizadas en una superficie. cuanto mas pequeña sea la huella obtenida en condiciones normalizadas, mas duro será el material ensayado. el penetrador en un ensayo de dureza es generalmente una esfera, pirámide o cono hecho de un material mucho mas duro del que se ensaya, como por ejemplo acero endurecido, diamante o carburo de tungsteno sinterizado. En la mayoría de las pruebas patrón, la carga se aplica al oprimir lentamente el penetrador, perpendicularmente a la superficie ensayada, por un periodo determinado. de los resultados obtenidos se puede calcular un valor empírico de dureza, conociendo la carga aplicada y el área de la sección transversal o la profundidad de la impresión. el ensayo de dureza nunca se debe realizar cerca del borde de la muestra o cerca de otra penetración ya existente. en este ultimo caso, la distancia mínima para efectuar una penetración es de tres veces el diámetro de la penetración anterior. otra condición, es que el espesor de la probeta a ensayar, sea de por lo menos 10 ½ veces el diametro de la impresión, con el fin de evitar el efecto yunque.(brinell) Las penetraciones microscópicas de dureza se hacen empleando cargas muy pequeñas y se usan para estudias variaciones localizadas de dureza en materiales monofasicos y multifasicos (aleaciones), así como para medir la dureza de granos metálicos, esto es tambien conocido como “microdureza” La mayoría de las pruebas de dureza producen deformación plástica en el material y todas las variables que influyen en la deformación plástica la afectan; por ejemplo, ya que el esfuerzo de cedencia se ve afectado considerablemente por la cantidad de trabajo en frío y el tratamiento térmico al que se halla sometido el material, la dureza se vera afectada por los mismos factores. en aquellos materiales que muestran características similares de endurecimiento por trabajo, existe una valida correlación entre la dureza y la resistencia máxima a la tensión. la prueba de dureza puede hacerse muy fácilmente y la información obtenida se evalúa inmediatamente. por estas razones y por su carácter no destructivo, se emplea frecuentemente para control de calidad en producción. Además de la resistencia a la penetración, otros métodos de medición de la dureza pueden basarse en el raspado de la superficie o en la medición del rebote elástico de una pelota dura, algunos de estos metodos son: dureza mohs, ensayo con lima, ensayo tukon, dureza knoop, ensayo shore, ensayo con el monotron. Dureza KNOOP ( HK ): Se usa para durezas normales (P=1-5 Kp), superficiales (P=1/2-1 Kp) y microdurezas (P=10 gr-500 gr). El penetrador esta hecho con una pirámide rómbica con relación entre diagonales de 1:7. Sus ángulos entre aristas son a = 130° y b = 172°30’; de donde obtenemos: El método Knoop se emplea sólo en laboratorio, para medir la dureza de láminas muy delgadas, incluso de depósitos electrolíticos. Nomenclatura: XXX HK P/t Condiciones de Ensayo: 1. D £ 3e (e= espesor de la probeta) El método Knoop se desarrolló por el National Bureau of Standards (USA) en 1939. Se emplea un penetrador de diamante piramidal de base rómbica de geometría mostrada en la figura 3. El penetrador Knoop produce una huella relativamente poco profunda (1/30 de la longitud de de la diagonal mayor) cuando se compara con una carga realizada por penetrador Vickers.