For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for Duresa.

Duresa

Aquest article o secció no cita les fonts o necessita més referències per a la seva verificabilitat.

La duresa és una propietat d'un material sòlid que indica la resistència que oposa la seva superfície a ser deformada per força causada per un altre cos en contacte directe; una definició similar és que la duresa mesura la resistència que oposa una substància a ser ratllada.[1] La duresa macroscòpica sol estar caracteritzada per forces intermoleculars fortes. La duresa depèn d'altres propietats com la ductilitat, la rigidesa, la plasticitat, la facilitat de deformació, la resistència, la tenacitat, la viscoelasticitat i la viscositat. Es mesura duent a terme un assaig de duresa, i no té una escala absoluta (ni, per tant, una unitat de mesura) sinó que es fan servir diferents escales relatives com, per exemple, l'escala de Mohs.

Alguns exemples de substàncies dures són la ceràmica, el formigó, alguns metalls i els metalls superdurs.

Una variant lèxica d'aquest mot al País Valencià és durea.[2]

Metal·lúrgia

Instrument per a determinar la duresa Vickers
Instrument per a determinar la duresa Vickers

En metal·lúrgia, la duresa es mesura mitjançant un assaig de duresa o assaig de penetració. Depenent del tipus de punta emprada i del rang de càrregues aplicades, hi ha diferents escales adequades per a distints rangs de duresa.

L'interès de la determinació de la duresa dels metalls consisteix en la correlació existent entre la duresa i la resistència mecànica en els acers al carboni, sent un mètode d'assaig més econòmic i ràpid que l'assaig de tracció, per la qual cosa el seu ús està molt estès.

Fins a l'aparició de la primera màquina Brinell per a la determinació de la duresa, aquesta es mesurava de forma qualitativa emprant una llima d'acer trempat que era el material més dur que s'emprava en els tallers.

Actualment existeixen les escales següents:[3]

  • Duresa Brinell: empra com a punta una bola d'acer. Per a materials durs, és poc exacta.
  • Duresa Rockwell: s'utilitza com a punta un con de diamant (en alguns casos bola d'acer). És la més estesa, ja que la duresa s'obté per mesura directa i és apte per a tota mena de materials. Se sol considerar un assaig no destructiu per la petita grandària de l'empremta.
  • Rockwell superficial : hi ha una variant de l'assaig, anomenada Rockwell superficial, per a la caracterització de peces molt primes, com a fulles d'afaitar o capes de materials que han rebut algun tractament d'enduriment superficial.
  • Duresa Knoop: mesura la duresa en valors d'escala absolutes, i es valoren amb la profunditat de senyals gravades sobre un mineral mitjançant un estri amb una punta de diamant al qual se li fa una força estàndard.
  • Duresa Rosiwal: mesura en escales absoluta de dureses, s'expressa com la resistència a l'abrasió mitjanes en proves de laboratori i prenent com a base el corindó amb un valor de 1000.
  • Duresa Shore: empra un escleroscopi. Es deixa caure un indentat a la superfície del material i es veu el rebot. És adimensional, però consta de diverses escales. A major rebot → gran duresa. Aplicable per a control de qualitat superficial. És un mètode elàstic, no de penetració com els altres.
  • Duresa Webster: empra màquines manuals en el mesurament, sent apte per a peces de difícil maneig com a perfils llargs extruïts. El valor obtingut se sol convertir a valors Rockwell.
  • Duresa Vickers: utilitza com penetrador un diamant amb forma de piràmide quadrangular. Per a materials tous, els valors Vickers coincideixen amb els de l'escala Brinell.

Nanoindentació

La nanoindentació és un assaig de duresa dut a terme a l'escala de longituds nanomètriques. S'utilitza una punta petita per indentar el material objecte d'estudi. La càrrega imposada i el desplaçament es mesuren de manera contínua amb una resolució de micronewtons i subnanòmetres, respectivament. La càrrega i el desplaçament es mesuren simultàniament durant el procés d'indentació i per això també se la denomina «nanoindentació instrumentada». Les tècniques de nanoindentació són importants per al mesurament de les propietats mecàniques en aplicacions microelectròniques i per a la deformació d'estructures a micro i nanoescala. Els nanoindentadors incorporen microscopis òptics per la localització de l'àrea a estudiar. No obstant això, a diferència dels mètodes de indentació a macro i microescala, en la tècnica de nanoindentació instrumentada no es possible mesurar directament l'àrea de la indentació.

Les puntes dels nanopenetradors vénen en una gran varietat de formes. A una forma comuna se'l coneix com a penetrador de Berkovich, el qual és una piràmide amb 3 costats.

Oliver i Pharr van inventar un mètode per a calcular l'àrea projectada de la indentació durant la màxima càrrega.[4] La primera etapa d'una prova de nanoindentació involucra el desenvolupament d'indentacione sobre un patró de calibratge. La sílice fosa és un patró de calibratge comú, pel fet que té propietats mecàniques homogènies i ben caracteritzades. El propòsit d'efectuar indentacions sobre l'estàndard de calibratge és determinar l'àrea de contacte projectada de la punta del penetrador Ac com una funció de la profunditat de la indentació. Per a una punta de Berkovich perfecta,

No obstant això, en general la punta no és perfecta, es desgasta i canvia de forma amb cada ús. Per tant, ha de dur-se a terme regularment un calibratge de la punta que s'utilitza. Per aquest motiu és necessari trobar la funció relaciona l'àrea Ac de la secció transversal del penetrador a màxima càrrega amb la distància de la punta hc que està en contacte amb el material que s'està indentant.

La profunditat total de la indentació h és la suma de la profunditat de contacte hc i la profunditat hs en la perifèria de la indentació on l'indentador no fa contacte amb la superfície del material, és a dir,

on,

Ɛ

Esquema de la corba carrega-desplaçament per a una nanoindentació instrumentada
Esquema de la corba carrega-desplaçament per a una nanoindentació instrumentada

on Pmax és la càrrega màxima i Ɛ és una constant geomètrica igual a 0.75 per a un penetrador de Berkovich. S és la rigidesa en descarregar, que es calcula en la corba de nanoindentació:

La duresa d'un material determinada per la nanoindentació instrumentada es calcula llavors com:

La duresa (determinada per la nanoindentació) es reporta amb unitats de GPa i els resultats de indentacions múltiples en general es fan una mitjana de per a incrementar la precisió.

Aquesta anàlisi permet el càlcul del mòdul elàstic i la duresa durant la càrrega màxima i és conegut com nanoindentació instrumentada; no obstant això, actualment s'empra de manera normal una tècnica experimental coneguda com nanoindentació dinàmica. Durant aquesta, se superposa una càrrega oscil·lant petita sobre la càrrega total en la mostra. D'aquesta manera, la mostra es descarrega de manera elàstica contínuament a mesura que s'incrementa la càrrega total. Això permet mesuraments continus del mòdul elàstic i de la rigidesa com una funció de la profunditat de la indentació.

Mineralogia

Talc
Talc
Diamant
Diamant
Per fer comparacions de camp de la duresa hi ha diamants manuals (extrem dret de la barra) amb els quals ratllem les superfícies dels minerals a estudiar
Per fer comparacions de camp de la duresa hi ha diamants manuals (extrem dret de la barra) amb els quals ratllem les superfícies dels minerals a estudiar

En mineralogia, la duresa es mesura segons l'escala de Mohs, una escala relativa creada per l'austríac Friedrich Mohs que mesura la resistència al ratllat dels materials. L'aparell utilitzat és el duròmetre.

Duresa Mineral Composició química
1 Talc (es pot ratllar fàcilment amb l'ungla) Mg3Si₄O10(OH)2
2 Guix (es pot ratllar amb l'ungla amb més dificultat) CaSO₄·2H2O
3 Calcita (es pot ratllar amb una moneda de coure) CaCO3
4 Fluorita (es pot ratllar amb un ganivet) CaF2
5 Apatita Ca5(PO₄)3(OH-,Cl-,F-)
6 Feldespat (es pot ratllar amb una escata d'acer) KAlSi3O8
7 Quars (ratlla el vidre) SiO2
8 Topazi Al2SiO₄(OH-,F-)2
9 Corindó (només és ratllat pel diamant) Al2O3
10 Diamant (el mineral natural més dur) C

Equivalència entre escales de duresa

En la següent taula es pot veure la llista d'equivalències aproximades per escales de duresa d'acers no austenítics (en el rang de l'escala Rockwell C):[5]

Equivalència Factor
(per a petites càrregues)
Acer (Matriu-Fe Cúbica centrada en el cos) 3,5
Cu i els seus aliatges, temperat 5,5
Cu i els seus aliatges, deformat en fred 4,0
Al i els seus aliatges 3,7
Duresa Rockwell C 150 kgf (HRC) Duresa Vickers (HV) Duresa Brinell, bola estàndard de 10 mm, 3000 kgf (HBS) Duresa Brinell, bola de carbur de 10 mm, 3000 kgf (HBW) Duresa de Knoop, 500 gf i major (HK) Duresa Rockwell, escala A, 60 kgf (HRA) Duresa Rockwell, escala D, 100 kgf (HRD) Duresa superficial Rockwell, escala 15N, 15 kgf (HR 15-N) Duresa superficial Rockwell, escala 30N, 30 kgf (HR 30-N) Duresa superficial Rockwell, escala 45N, 45 kgf (HR 45-N) Duresa escleroscopi Duresa Rockwell C 150 kgf (HRC)
68 940 920 85,6 76,9 93,2 84,4 75,4 97,3 68
67 900 895 85,0 76,1 92,9 83,6 74,2 95,0 67
66 865 870 84,5 75,4 92,5 82,8 73,3 92,7 66
65 832 -739 846 83,9 74,5 92,2 81,9 72,0 90,6 65
64 800 -722 822 83,4 73,8 91,8 81,1 71,0 88,5 64
63 772 -705 799 82,8 73,0 91,4 80,1 69,9 86,5 63
62 746 -688 776 82,3 72,2 91,1 79,3 68,8 84,5 62
61 720 -670 754 81,8 71,5 90,7 78,4 67,7 82,6 61
60 697 -654 732 81,2 70,7 90,2 77,5 66,6 80,8 60
59 674 634 710 80,7 69,9 89,8 76,6 65,5 79,0 59
58 653 615 690 80,1 69,2 89,3 75,7 64,3 77,3 58
57 633 595 670 79,6 68,5 88,9 74,8 63,2 75,6 57
56 613 577 650 79,0 67,7 88,3 73,9 62,0 74,0 56
55 595 560 630 78,5 66,9 87,9 73,0 60,9 72,4 55
54 577 543 612 78,0 66,1 87,4 72,0 59,8 70,9 54
53 560 525 594 77,4 65,4 86,9 71,2 58,6 69,4 53
52 544 -500 512 576 76,8 64,6 86,4 70,2 57,4 67,9 52
51 528 -487 496 558 76,3 63,8 85,9 69,4 56,1 66,5 51
50 513 -475 481 542 75,9 63,1 85,5 68,5 55,0 65,1 50
49 498 -464 469 526 75,2 62,1 85,0 67,6 53,8 63,7 49
48 484 451 455 510 74,7 61,4 84,5 66,7 52,5 62,4 48
47 471 442 443 495 74,1 60,8 83,9 65,8 51,4 61,1 47
46 458 432 432 480 73,6 60,0 83,5 64,8 50,3 59,8 46
45 446 421 421 466 73,1 59,2 83,0 64,0 49,0 58,5 45
44 434 409 409 452 72,5 58,5 82,5 63,1 47,8 57,3 44
43 423 400 400 438 72,0 57,7 82,0 62,2 46,7 56,1 43
42 412 390 390 426 71,5 56,9 81,5 61,3 45,5 54,9 42
41 402 381 381 414 70,9 56,2 80,9 60,4 44,3 53,7 41
40 392 371 371 402 70,4 55,4 80,4 59,5 43,1 52,6 40
39 382 362 362 391 69,9 54,6 79,9 58,6 41,9 51,5 39
38 372 353 353 380 69,4 53,8 79,4 57,7 40,8 50,4 38
37 363 344 344 370 68,9 53,1 78,8 56,8 39,6 49,3 37
36 354 336 336 360 68,4 52,3 78,3 55,9 38,4 48,2 36
35 345 327 327 351 67,9 51,5 77,7 55,0 37,2 47,1 35
34 336 319 319 342 67,4 50,8 77,2 54,2 36,1 46,1 34
33 327 311 311 334 66,8 50,0 76,6 53,3 34,9 45,1 33
32 318 301 301 326 66,3 49,2 76,1 52,1 33,7 44,1 32
31 310 294 294 318 65,8 48,4 75,6 51,3 32,5 43,1 31
30 302 286 286 311 65,3 47,7 75,0 50,4 31,3 42,2 30
29 294 279 279 304 64,8 47,0 74,5 49,5 30,1 41,3 29
28 286 271 271 297 64,3 46,1 73,9 48,6 28,9 40,4 28
27 279 264 264 290 63,8 45,2 73,3 47,7 27,8 39,5 27
26 272 258 258 284 63,3 44,6 72,8 46,8 26,7 38,7 26
25 266 253 253 278 62,8 43,8 72,2 45,9 25,5 37,8 25
24 260 247 247 272 62,4 43,1 71,6 45,0 24,3 37,0 24
23 254 243 243 266 62,0 42,1 71,0 44,0 23,1 36,3 23
22 248 237 237 261 61,5 41,6 70,5 43,2 22,0 35,5 22
21 243 231 231 256 61,0 40,9 69,9 42,3 20,7 34,8 21
20 238 226 226 251 60,5 40,1 69,4 41,5 19,6 34,2 20

Equivalències de duresa i resistència

Per a acers no aliats i foses, existeix una relació aproximada i directa entre la duresa Vickers i el límit elàstic, sent el límit elàstic aproximadament 3,3 vegades la duresa Vickers.

Rp0,2==3,3*HV

Taula de equivalències pel límit elàstic, Brinell-, Rockwell-, duresa Vickers.
Límit elàstic (aproximat) [nota 1] Duresa Brinell Duresa Rockwell Duresa Vickers
MPa HB HRC HRA HRB HV
68 86 940
67 85 920
66 85 880
65 84 840
64 83 800
63 83 760
62 83 740
61 82 720
60 81 690
59 81 670
2180 618 58 80 650
2105 599 57 80 630
2030 580 56 79 610
1955 561 55 78 590
1880 542 54 78 570
1850 517 53 77 560
1810 523 52 77 550
1740 504 51 76 530
1665 485 50 76 510
1635 473 49 76 500
1595 466 48 75 490
1540 451 47 75 485
1485 437 46 74 460
1420 418 45 73 440
1350 399 43 72 420
1290 380 41 71 400
1250 370 40 71 390
1220 376 39 70 380
1155 342 37 69 360
1095 323 34 68 340
1030 304 32 66 320
965 276 30 65 300
930 276 29 65 105 290
900 266 27 64 104 280
865 257 26 63 102 270
835 247 24 62 101 260
800 238 22 62 100 250
770 228 20 61 98 240
740 219 97 230
705 209 95 220
675 199 94 210
640 190 92 200
610 181 90 190
575 171 87 180
545 162 85 170
510 152 82 160
480 143 79 150
450 133 75 140
415 124 71 130
385 114 67 120
350 105 62 110
320 95 56 100
285 86 48 90
255 76 80

Notes

  1. Per acer no aliat o de baix aliatge i fosa

Referències

  1. «Duresa». Gran Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 18 setembre 2022].
  2. «"Durea", variant normativa de "duresa" segons l'AVL». Acadèmia Valenciana de la Llengua. [Consulta: 20 març 2018].
  3. «Indentation Hardness Measurements at Macro-, Micro-, and Nanoscale: A Critical Overview». Tribology Letters, 65, 2017.
  4. W.C. Oliver and G.M. Pharr «Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology». Journal of Materials Research, 19, 2011, pàg. 3. DOI: 10.1557/jmr.2004.19.1.3 [Consulta: 4 maig 2018].
  5. Norma ASTM E140-02

Bibliografia

  • La Gran enciclopèdia dels minerals 451 fotografies, 520 pàgines 20,5 x 29,2 cm. Original: Artia, Praga 1986, versió en català: editorial Susaeta SA 1989, ISBN 978-84-305-1585-1 (imprès a Txecoslovàquia)
  • Précis de minéralogie De Lapparent, A.: París 1965 (1888)
  • Minerals and how to study them Dana, L. i Hurlbut, S.: Nova York 1949
  • Schöne und seltene Mineral Hofmann, F. i Karpinski, J.: Leipzig 1980
  • Cordua, William S. The Hardness of Minerals and Rocks. Lapidary Digest , c. 1990.

Vegeu també

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Duresa

{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
Duresa
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.