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MEDIDOR DE DUREZA VICKERS Cristian Josué Ruiz Sosa1, Jorge Ivan Cifuentes Castillo2 [email protected] [email protected] 1 Estudiante del curso de tratamiento térmico de la maestría en mantenimiento de la Escuela de PostGrados de la Facultad de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería. 2 Profesor del curso de tratamiento térmico de la maestría en mantenimiento de la Escuela de PostGrados de la Facultad de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería. ABSTRACT The knowledge of the terms to be used during the course of the heat treatment course identifies the relevant points to consider giving the concrete definition to what it refers to, thus giving rise to a standardization of applicable and homologated concepts in all students who study the course, To this end, the objective definition of each of the terminology used is investigated, and it is presented systematically for the sea, which is easy to understand by means of scientific and technical terms in theoretical and practical models in the science of materials. Why ISBN-supported bibliographies are used, 'international standard book number

Resumen El conocimiento de los términos a utilizar durante el desarrollo de del curso de tratamiento térmico identifica los puntos relevantes a considerar dando una definición concreta a lo que se refiere, originando con esto una estandarización de conceptos aplicables y homologados en todos los estudiantes que cursan dicho curso, para ello se investiga la definición objetiva de cada una de la terminología utilizada, y se presenta de forma sistemática para que sea de fácil comprensión por medio de términos científicos y técnicos útiles en modelos teóricos y prácticos en la ciencia de los materiales, es por ello que se utilizó bibliografía con respaldo ISBN, 'número estándar internacional de libro

1 Introducción El presente artículo trata acerca de un método para medir la dureza de los materiales específicamente el método de dureza Vickers. Tal ensayo fue presentado por primera vez en 1924 por Smith y Sandland en Vickers Ltd. como una variable al método utilizado en ese entonces para medir la dureza de materiales denominado Brinell. La dureza es una condición de superficie del material y no representa ninguna propiedad fundamental de la materia. Se evalúa convencionalmente por dos procedimientos, en el presente ensayo ocupamos 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 microestructurales 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. Para la escogencia de la magnitud de la carga se basa en criterios de conveniencia, 1

debemos recordar que el método Vickers posee semejanza geométrica interna y en un principio es indiferente la carga aplicada. Sin embargo una carga muy alta puede causar que el indentador penetre más allá de la capa superficial a la que se desee medírsele la dureza, de otro lado una impronta muy pequeña es difícil de medir y las imperfecciones geométricas de la pirámide influyen en la precisión del método. Para nuestra práctica se recomienda aplicar una carga de 60 kgf, así la impronta tiene una medida adecuada y su profundidad de penetración es moderada.

2 Definiciones En esta sección se presentan el glosario que consta de una serie de definiciones útiles durante el curso de tratamiento térmico.

Este proceso se realiza en hornos de atmósfera controlada. Se pueden realizar carbonitruraciones localizadas. Generalmente la dureza del núcleo es baja debido a los aceros utilizados. Cianuración Este procedimiento se emplea para endurecer superficialmente pequeñas piezas de acero. El proceso de cianuración efectuado en sales fundidas (baños líquidos) asegura un gran rendimiento. Las propiedades particulares que adquiere el acero cuya capa superficial está saturada a la vez de nitrógeno y de carbono, han determinado la introducción de este proceso en la industria. La cianuración puede realizarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos, esta última se denomina nitrocementación.

Templado El temple es un tratamiento térmico en el que el acero es calentado hasta temperaturas de austenización y posteriormente es enfriado rápidamente, con el fin de de obtener una transformación que proporcione una estructura martensítica dura y resistente. El temple superficial se utiliza generalmente para componentes que necesiten una superficie dura y un sustrato que sea tenaz. Revenido El revenido es un tratamiento térmico a baja temperatura que se realiza normalmente después de un proceso de temple neutro, temple doble, carburación en atmósfera, carbonitruración o temple por inducción, con el objetivo de alcanzar la proporción de dureza y resistencia deseada. Carbonitruración: La carbonitruración es un proceso termoquímico superficial, que consiste en difundir carbono y nitrógeno en la superficie de las piezas para formar una capa.

Recocido Tratamiento térmico que consiste en calentar la pieza hasta una temperatura dada. Posteriormente el acero es sometido a un proceso de enfriamiento lento en el interior del horno apagado. De esta forma se obtienen estructuras de equilibrio. Son generalmente tratamientos iniciales mediante los cuales se ablando el acero. Empavonado Proceso de formación en las superficies de las piezas de acero de una capa de óxido adherente y con cierta capacidad de protección contra la corrosión. Dependiendo del modo de proceder las capas pueden variar desde color azul hasta negro. Las propiedades de protección contra la corrosión en un ambiente húmedo no son altas, por lo que las piezas pavonadas es recomendable engrasarlas para evitar el contacto con la humedad. Este procedimiento se usa mucho en la conservación de las armas de fuego y en 2

otras piezas menudas, como manecillas de relojes, muelles, cintas de acero y otras.

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Resistencia al rayado (dureza por rayado).

Fricción

Cristalización

Del latín frictio, el término fricción deriva de friccionar. Este verbo refiere a frotar, restregar o rozar algo. Se conoce como fuerza de fricción a la que realiza una oposición al desplazamiento de una superficie sobre otra, o a aquélla opuesta al comienzo de un movimiento. Es posible distinguir entre la fricción estática, que es una resistencia que necesita ser trascendida para movilizar una cosa frente a otra con la que tiene contacto, y la fricción dinámica, que es la magnitud constante que genera oposición al desplazamiento cuando éste ya se inició.

La particularidad fundamental de la constitución de los metales es la distribución perfectamente organizada de sus átomos, característica de todos los cuerpos cristalinos.

Desgaste Se define como el proceso mediante el cual un material es desprendido de una o ambas superficies que se encuentran en movimiento relativos una de la otra. Dureza La dureza es una condición de la superficie del material, no representa ninguna propiedad de la materia y está relacionada con las propiedades elásticas y plásticas del material. Si bien, es un término que nos da idea de solidez o firmeza, no existe una definición única acerca la dureza y se la suele definir arbitrariamente en relación al método particular que se utiliza para la determinación de su valor. De esta manera algunas definiciones son: 

Resistencia a la identación permanente bajo cargas estáticas o dinámicas (dureza por penetración).

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Absorción de energía bajo cargas de impacto o dinámicas (dureza por rebote).

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Resistencia a la abrasión (dureza por desgaste).

La estructura cristalina es la causa a la cual deben los metales una serie de sus propiedades, ausentes en los cuerpos amorfos. En un metal siempre se puede destacar un conjunto mínimo de átomos (cristal elemental), cuya distribución en el espacio es semejante y se repite reiteradas veces. El enlace de tales conjuntos de átomos forma la red cristalina o cristal, constituida por cristales elementales. Indentación Las técnicas de indentación poseen una gran versatilidad que permite evaluar propiedades mecánicas en volúmenes inferiores a 0.001 µm3, hasta volúmenes del orden de los mm3, útil tanto en materiales compuestos como en volumen. Estructura Cristalina Los elementos y sustancias químicas en estado líquido o gaseoso, tienen sus moléculas o átomos distribuidos al azar. Estos átomos o moléculas se mueven libremente por toda la masa cambiando constantemente la posición y la distancia relativa entre ellos. Cuando estos elementos o sustancias se solidifican, sus átomos y moléculas pueden colocarse espacialmente en una posición relativamente rígida en relación a sus vecinos, formando una estructura bien definida y repetitiva que se denomina cristal. Las estructuras cristalinas no solo se producen durante la solidificación, también los cristales pueden "nacer" durante su formación producto de una reacción química, o desde la precipitación desde una disolución. 3

Si las condiciones ambientales durante la formación de los cristales es óptima, estos pueden producirse geométricamente perfectos, pero si estas condiciones (presión, temperatura velocidad de formación y pureza) no son óptimos, el grado de perfeccionamiento del cristal queda afectado e incluso puede desaparecer por completo.

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Las inmersiones de las piezas deben acomodarse al tamaño del crisol de galvanización.

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El peso de las piezas está condicionado por los dispositivos de elevación y transporte existentes en el taller de galvanización.

Muchas sustancias puras pueden existir con estructuras cristalinas completamente diferentes dependiendo de las condiciones existentes a la hora de la formación del cristal, estas diferentes estructuras se conocen como formas alotrópicas. Así tenemos que el carbono por ejemplo, puede cristalizar como diamante, duro y transparente; como grafito, blando y negro; e incluso tener una formación amorfa (sin forma) como en el negro de humo.

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Utilización de aceros adecuados para galvanización.

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Control del estado superficial de las piezas a galvanizar.

Formas cristalinas las encontramos a diario sin necesidad de acudir a un museo. Una roca y una montaña están constituidos por minerales tan cristalinos como el azúcar de un terrón, un trozo de porcelana o el oro de un anillo. Sin embargo, sólo en ocasiones el tamaño de los cristales es lo suficientemente grande como para verse a simple vista y llamar nuestra atención. El vidrio, contrario a la práctica común, no es un cristal, su estructura no está geométricamente organizada según patrones de posición relativa rígida, ni es repetitiva, mas bien es un líquido sub-enfriado que ha adquirido el estado sólido. Galvanizado Es un procedimiento de aplicación de un recubrimiento de zinc sobre las piezas de acero o fundición mediante inmersión de las mismas en un baño de zinc fundido. Para obtener buenos resultados es necesario que se verifiquen ciertas condiciones, como son: 

El diseño de las piezas debe ser adecuado para la galvanización.

ETAPAS DEL PROCESO: 

PRETRATAMIENTO  DESENGRASADO

Las piezas se someten a un proceso de desengrase para eliminar posibles restos de grasa, aceites o taladrinas, sumergiéndolas en un desengrasante ácido a 35 ºC.  DECAPADO El proceso de decapado se utiliza para eliminar el oxido y la calamina, que son contaminantes superficiales más corrientes de los productos férreos, obteniendo así una superficie del material químicamente pura. Se realiza con ácido clorhídrico diluido y a temperatura ambiente. El tiempo de decapado depende del Grado de Oxidación superficial de las piezas y de la concentración de la solución de ácido.  FLUXADO El tratamiento con sales (mezclas de cloruro de zinc y cloruro amónico), tiene por objeto eliminar cualquier traza restante de impurezas y producir una limpieza intensa de la 4

superficie metálica. Estas sales actúan como los flux en soldadura, esto es, favorecen la mojabilidad de la superficie del acero por el zinc fundido, mejorando notablemente la reacción. 

GALVANIZADO

Es el proceso anticorrosivo por definición. Durante la inmersión de los productos en el zinc fundido, se produce la difusión del zinc en la superficie del acero lo que da lugar a la formación de diferentes capas de aleaciones de zinchierro de distinta composición y una capa exterior de zinc puro de gran resistencia a los distintos agentes de corrosión de la atmósfera, el agua o el suelo. 

CONTROL DE CALIDAD

En el Control de Calidad se realiza la verificación a través de la inspección visual y de ensayos de los materiales galvanizados, comprobándose su idoneidad. Cromado Es un galvanizado, basado en la electrólisis, por medio del cual se deposita una fina capa de cromo metálico sobre objetos metálicos e incluso sobre material plástico. El recubrimiento electrolítico con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión, mejorar su aspecto y sus prestaciones. El llamado cromo duro son depósitos electrolíticos de espesores relativamente grandes (0,1 mm) que se depositan en piezas que deben soportar grandes esfuerzos de desgaste. Se realizan este tipo de depósitos especialmente en asientos de válvulas, cojinetes cigüeñales ejes de pistones hidráulicos y en general en lugares donde se requiera bastante dureza y precisión.

un ejemplo de piezas cromadas para dar embellecimiento. El cromo tiene poco poder de protección, menos aun si las capas que se depositan son tan delgadas como una micra. Por ello las superficies a cubrir deben estar bien pulidas, brillantes y desengrasadas. El cromo se aplica bien sobre el cobre, el níquel y el acero, pero no sobre el zinc o la fundición. Cobrizado Es un acabado que se aplica directamente sobre fierro para recubrirlo con una capa de cobre y así abaratar costos ya que por sus propiedades, el cobre, es un excelente conductor de electricidad y calor; por esta razón cobrizar el acero reduce el costo en comparación con la fabricación de la misma pieza sobre cobre puro. En algunos casos se utiliza como base para niquelado dadas sus propiedades conductivas produce acabados mas lustrosos y uniformes; además un baño previo de cobre incrementa la dureza en el acabado final de niquel. El cobrizado es recomendado para piezas fabricadas en acero y que necesiten una mayor eficacia en la conducción de electricidad o calor.

Referencias [1] S. Barroso Herrero; J.R. Gil Bercero; A.Mª Camacho López, Iintroducción al conocimiento de los materiales y a sus aplicaciones; UNED (Colección Cuadernos de la UNED); ISBN: 978-84-362-5546-1 (impreso) y 978-84-3626189-9 (electrónico) [2] William D. Callister; David G. Rethwisch, ciencia e ingeniería de materiales; Reverté; ISBN: 978-84-291-7251-5

El cromo brillante o decorativo son finas capas de cromo que se depositan sobre cobre, latón o níquel para mejorar el aspecto de algunos objetos. La grifería doméstica es 5