Durea

La durea és l'oposició que oferixen els materials a alteracions físiques com la penetració, l'abrasió i el rayado.

Escales d'us industrial

En metalúrgia la durea es medix utilisant un durómetro per a l'ensaig de penetració d'un indentador. Depenent del tipo de punta amprada i del ranc de càrregues aplicades, existixen diferents escales, adequades per a distints rancs de durea.

L'interés de la determinació de la durea en els acers estreba en la correlació existent entre la durea i la resistència mecànica, sent un método d'ensaig més econòmic i ràpit que l'ensaig de tracció, per lo que el seu us està molt estés.

Fins a l'aparició de la primera màquina Brinell per a la determinació de la durea, esta es media de forma qualitativa amprant una llima d'acer templat que era el material més dur que s'amprava en els tallers.

Les escales d'us industrial actuals són les següents:

Archiu:Durometro. caps block 0

Durómetro

• Durea Brinell: Ampra com a punta una bola d'acer templat o carbur de wolframio. Per a materials durs, és poc exacta pero fàcil d'aplicar. Poc precisa en chapes de menys de 6 mm de gruixa. Estima resistència a tracció.
• Durea Knoop: Medix la durea en valors d'escala absolutes, i es valoren en la profunditat de senyals gravades sobre un mineral per mig d'un utensili en una punta de diamant al que se li eixercix una força estàndar.
• Durea Rockwell: S'utilisa com a punta un con de diamant (en alguns casos bola d'acer). És la més estesa, ya que la durea s'obté per medició directa i és apte per a tot tipo de materials. Se sol considerar un ensaig no destructiu pel chicotet tamany de la chafada.
• Rockwell superficial: Existix una variant de l'ensaig, cridada Rockwell superficial, per a la caracterisació de peces molt primes, com a cuchilles d'afaitar o capes de materials que han rebut algun tractament d'enduriment superficial.
• Durea Rosiwal: Medix en escales absoluta de durees, s'expressa com la resistència a l'abrasió medides en proves de laboratori i prenent com a base el corindón en un valor de 1000.
• Durea Shore: Ampra un escleroscopio. Es deixa caure un indentador en la superfície del material i es veu el rebot. És adimensional, pero consta de vàries escales. A major rebot, major durea. Aplicable per a control de calitat superficial. És un método elàstic; no de penetració com els atres.
• Durea Vickers: Ampra com penetrador un diamant en forma de piràmide quadrangular. Per a materials blans, els valors Vickers coincidixen en els de l'escala Brinell. Millora de l'ensaig Brinell per a efectuar ensajos de durea en chapes de fins a 2 mm de gruixa.
• Durea Webster: Ampra màquines manuals en la medició, sent apte per a peces de difícil maneig com a perfils llarcs extruidos. El valor obtingut se sol convertir a valors Rockwell.

Nanoindentación

La nanoindentación és un ensaig de durea portat a terme a l'escala de llongituts nanométricas. S'utilisa una punta menuda per a indentar el material objecte d'estudi. La càrrega imposta i el desplaçament es medixen de manera contínua en una resolució de micronewtons i subnanómetros, respectivament. La càrrega i el desplaçament es medixen simultàneament durant el procés de indentación i per això també li la denomina «nanoindentación instrumentada». Les tècniques de nanoindentación són importants per a la medició de les propietats mecàniques en aplicacions microelectrónicas i per a la deformació d'estructures a micro i nanoescala. Els nanoindentadores incorporen microscopis òptics per a la localisació de l'àrea a estudiar. No obstant, a diferència dels métodos de indentacion a macro i microescala, en la tècnica de nanoindentación instrumentada no esposible medir directament l'àrea de la indentación.

Les puntes dels nanopenetradores vénen en una varietat de formes. A una forma comuna se li coneix com penetrador de Berkovich, el qual és una piràmide en 3 costats.

Oliver i Pharr varen inventar un método per a calcular l'àrea proyectada de la indentación $A_c$ durant la màxima càrrega. La primera etapa d'una prova de nanoindentación involucra el desenroll de indentaciones sobre un patró de calibración. La sílice fosa és un patró de calibración comú, degut a que té propietats mecàniques homogénees i ben caracterisades. El propòsit d'efectuar indentaciones sobre l'estàndart de calibración és determinar l'àrea de contacte proyectada de la punta del penetrador A_c com una funció de la profunditat de la indentación. Per a una punta de Berkovich perfecta,

$A_c=24.5\cdot h_c^2$

No obstant, en general la punta no perfecta, es desgasta i canvia de forma en cada us. Per tant, deu portar-se a terme regularment una calibración de la punta que s'utilisa. Per a això és necessari trobar la funció relaciona l'àrea A_c de la secció travessera del penetrador a màxima càrrega en la distància de la punta h_c que està en contacte en el material que s'està indentando.

La profunditat total de la indentación h és la suma de la profunditat de contacte h_c i la profunditat h_s en la perifèria de la indentación a on el indentador no fa contacte en la superfície del material, és dir,

$h=h_c+h_s$

a on,

$h_s=$ Ɛ $\frac{P_{max}}{S}$

Esquema de la curva carrega-desplaçament per a una nanoindentación instrumentada

a on P_max és la càrrega màxima i Ɛ és una constant geomètrica igual a 0.75 per a un penetrador de Berkovich. S és la rigidea en descarregar, que es calcula en la curva de nanoindentación: $S=dP/dh$

La durea d'un material determinada per la nanoindentación instrumentada es calcula llavors com:

$H_{IT}=\frac{P_{max}}{A_c}$

La durea (determinada per la nanoindentación) es reporta en unitats de GPa i els resultats de indentaciones múltiples per lo general es promedian per a incrementar la precisió.

Este anàlisis permet el càlcul del mòdul elàstic i la durea durant la càrrega màxima i és conegut com nanoindentación instrumentada; no obstant, actualment s'ampra de modo normal una tècnica experimental coneguda com nanoindentación dinàmica. Durant esta, se superpon una càrrega oscilante menuda sobre la càrrega total en la mostra. D'esta manera, la mostra es descarrega de manera elàstica contínuament a mida que s'incrementa la càrrega total. Açò permet medicions contínues del mòdul elàstic i de la rigidea com una funció de la profunditat de la indentación.