Metodos Cuantitativos de Colorimetria, Reflectancia y Dureza

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COLORIMETRIA

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Microscopia de minerales Opacos

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COLORIMETRIA

COLORIMETRIACOLORFenmeno fsico de la luz o de la visin, asociado con las diferentes longitudes de onda en la zona visible del espectro electromagntico.

El color es una cuestin de percepcin y de interpretacin subjetiva.

EXISTEN UNA GRAN VARIEDAD DE CONDICIONES QUE AFECTAN EL ASPECTO DEL COLOR

Diferencias de fuente de luzDiferencias de fondoDiferencias direccionalesDiferencias de observadorDiferencias de tamao

COLORIMETROUn colormetro es un aparato de precisin que sirve para medir la respuesta colorimtrica de muestras de color y convertirlas en valores triestmulos digitalizados.El ojo humano, cuya sensibilidad los colormetros tratan de imitar, se comporta justo de este modo (gracias a tres tipos de clulas llamadas conos). Todos los colores que vemos se pueden describir cuantificando la contribucin de estos componentes rojo, verde y azul.

CARACTERISTICAS DE LOS COLORIMETROSFUENTE DE LUZ INCORPORADAMEMORIA DE DATOSCOMUNICACIN DE DATOS:PRESENTACION DE DATOSILUMINACION / ANGULO DE VISUALIZACION CONSTANTEOBSERVADOR CONSTANTEELIMINACION DE EFECTO DE AREA Y EFECTO DE CONTRASTEMEDICION DE DIFERENCIA DE COLOR

COMO FUNCIONA EL COLORIMETROUn Colormetro Triestmulo utiliza una fuente de luz para iluminar la muestra a medir. La luz reflejada fuera del objeto pasa a travs de unos filtros de vidrio rojo, verde y azul para simular las funciones del observador para un iluminante en particular. Un fotodetector ubicado mas all de cada filtro detecta la cantidad de luz que pasa a travs de los filtros. Estas seales, por ltimo, se muestran como valores X, Y y Z.

ESCALAS DE COLORCuando se clasifican los colores, stos pueden expresarse en trminos de su tono (color), luminosidad (claridad) y saturacin (viveza).

Tono, luminosidad y saturacin. Estos tres elementos son los tres atributos del color y pueden combinarse para crear el slido tridimensional que se muestra en la Figura. Los tonos conforman el borde exterior del slido, con la luminosidad como el eje central y la saturacin como los radios horizontales.

ESPACIOS DE COLORMtodo para expresar el color de un objeto o de una fuente de luz empleando algn tipo de anotacin, como pueden ser nmeros.Por ejemplo: Si mediamos el color de la manzana, obtenemos los siguientes resultados:

ESPACIO DE COLOR L*a*bEl espacio de color L*a*b*(tambin llamado CIELAB) es actualmente uno de los espacios ms populares para medir el color de los objetos y se utiliza ampliamente en casi todos los campos. En este espacio, L*indica luminosidad y a*y b*son las coordenadas de cromaticidad.

ESPACIO DE COLOR L*C*hEl espacio de color L*C*h utiliza el mismo diagrama que el espacio de color L*a*b*, pero utiliza coordenadas cilndricas en lugar de coordenadas rectangulares. En este espacio de color, L*indica la luminosidad, C*es la croma y h es el ngulo del tono.

ESPACIO DE COLOR XYZ (Yxy)Los valores triestmulos XYZ y el espacio de color Yxy asociado conforman la base de los presentes espacios de color de la CIE. El concepto de los valores triestmulos XYZ se basa en la teora de los tres componentes de la visin en color, que establece que el ojo posee receptores para tres colores primarios (rojo, verde y azul) y que todos los dems colores se ven como mezclas de estos tres colores primarios. Los valores triestmulos XYZ se calculan utilizando estas funciones de coincidencia de color del Observador estndar.Si medimos la manzana utilizando el espacio de color Yxy, obtenemos los valores x=0,4832 e y=0,3045 como coordenadas de cromaticidad, que corresponden al punto(A)en el diagrama de la Figura 12; el valor de Y de 13,37 indica que la manzana tiene una reflectancia del 13,37%.

REFLECTANCIA

La reflectividad de una superficie pulida, en este caso de un mineral, se define como el porcentaje de luz incidente que es reflejada por esa superficie.

La reflectividad puede medirse cuantitativamente utilizando un fotmetro acoplado al microscopio, aunque generalmente se hace una estimacin cualitativa .La reflectancia o poder de reflexin de un mineral est dado por:

R = 100 (Il/I0) %

.

Los minerales de la ganga, por tratarse normalmente de minerales transparentes, reflejan un porcentaje muy bajo de la luz que incide en ellos, por lo que aparecen con colores grises muy oscuros. Factores que afectan la reflectanciaMuestra deslustradaMuestra suciaOrientacin de la muestra El angulo de incidencia de la luzColor de los minerales acompaantesACCESORIOS PARA MEDICIONES CUANTITATIVAS

. Para este fin se requiere estabilizadores de corriente de alta sensibilidad

monocromadores Microfotmetrosfotomultiplicadores electrnicos.

Tambin son necesarias muestras patrn que permitancalibrar el equipo.

Mtodos cuantitativos de reflectancia

La aplicacin de la medicin de la cantidad de luz que refleja con incidencia normal sobre una superficie pulida de un mineral opaco, permite en la actualidad,identificar el ejemplar y al mismo tiempo si las mediciones se efectan en dos medios con ndices de refraccin refraccin distintos (aire y aceite de inmersin), calcular las constantes fsicas: n (ndice de refraccin complejo), k (coeficiente de absorcin) y K (ndice de absorcin) del material Los primeros investigadores que utilizaron este mtodo fueron ORCEL (1) (2) y C:APDECOMME (3) (4) (5), que emplearon una clula fotoelctrica para medirla intensidad de la luz reflejada por una superficie pulida. Otros autores han efectuado tambin investigaciones en este mismo sentido : SCHNEIDERHOHN (6), MOSSES( 7), FOLINSB(E8E) utilizando y ampliando las tcnicas empleadas por ORCEL. Pero a pesar de sus esfuerzos los equipos no eran lo suficientemente perfectos y la microscopa de luz reflejada no dispona de los accesorios para que los datos experimentales pudieran ser obtenidos sin error.Es en realidad durante el transcurso de los ltimos aos, y a partir de los trabajos de BOWIE (9) (lo), cuando esta tcnica empieza a tener un gran desarrollo y captar la atencin de los mineralogistas. A partir de esta fecha crece el inters sobre las aplicaciones de la microscopa de luz reflejada y se logra en poco tiempo un gran perfeccionamiento de los accesorios tanto pticos como electrnicos, que permiten la construccin de equipos con los que es posible efectuar medidas cuantitativas de gran exactitudTodo ello juntamente con los esfuerzos realizados por la Comission of Ore Microscopy (COM.) para lograr la obtencin de standares debidamente calibrados, permite que este mtodo cuantitativo sea adoptadopara el estudio ptico de materiales opacos tal y como haban intuido los primero:; investigadores que trabajaron en este campo de la microscopa de luz reflejada (11) (12) (13).TCNICA DE LA MEDIDA DE LA REFLEXTANCIA EN MICROSCOPIAEs un mtodo comparativo que consiste en hacer coincidir normalmenteun haz luminoso sobre una superficie pulida Parte de esta luz es absorbida por el material y el resto reflejada hasta la superficie sensible de un fotomultiplicador que transforma la intensidad luminosa en una corriente elctrica, medida con un galvanmetro de gran sensibilidad. La magnitud del desplazamiento de la escala galvanomtrica es directamenteproporcional a la intensidad luminosa recibida. Si se dispone de una superficie reflejante cuyos valores de reflectancia son conocidos, es posible establecer unacomparacin entre los desplazamientos de la escala galvanomtrica provocados por las dos superficies y calcular la reflectancia del material problema, deacuerdo con la frmula siguiente:Las determinaciones se efectan con luz monocromatica intercalando entre el equipo de iluminacin y el condensador del microscopio, un filtro interferencial degradado que abarca las longitudes de onda

curva de dispersin en aire del standard, carburo de silicio "Sika"la curva de dispersin de la reflectividad en aceite Cargille

CALCULO DE LAS CONSTANTES FISICAS

De acuerdo con la frmula original de FRESNEL(2) la reflectancia R de los materiales istopos transparenteses:n = ndice de refraccin del material istropo.N = ndice de refraccin del medio comprendidoentre la superficie reflejante y la lente frontaldel objetivo del microscopio.En la lectura efectuada en el aire, N = 1, y lafrmula (2) puede ser escrita como sigue:En los materiales absorbentes, con un ndice de absorcin k, el valor de la reflectancia R, depende de las ,dos constantes fsicas citadas siendo la frmula que las relaciona

Si las mediciones de las reflectancia R de una superficiede un material absorbente se efectan en aire y en aceite, aplicando la frmula (4) para los dos medioscitados, obtendremos las dos ecuaciones siguientes

en las que Raire y Raceite han sido determinados experimentalmente y las dos constantes fsicas n, k, figuran como incgnitas (BEREK( l), y PILLER(1 7) 18)).A partir de las dos ecuaciones (5) y (6) las incgnitas vienen dadas por las expresiones siguientes:

Los cristales unixicos en seccin basal se comportan como los cristales cbicos, y en las dems secciones existen dos vibraciones perpendiculares entre s.Si la seccin estudiada es prismtica los dos valores de la reflectancia son extremos, de tal forma que al efectuar la medicin de la cantidad de luz reflejadaen esta seccin, se observan dos direcciones de vibracin perpendiculares con valor mximo y mnimo de la reflectancia. Una de las intensidades coincidecon la intensidad medida en la seccin basal, vibracin correspondiente al rayo ordinario, y la otra corresponde a la vibracin del rayo extraordinario.Si las mediciones se efectan en una seccin cualquiera se repite el valor obtenido para la vibracin del rayo ordinario mientras que el otro valor extremoobtenido puede o no estar contenido entre los valores de O y E, aun cuando en general est entre ellos.En los cristales perteneciente:; al sistema rmbico, existen tres direcciones de vibracin principales que vienen fijadas por los tres ejes de simetra binarios. Si la seccin est cortada paralelamente a uno de los tres pinacoides los dos valores extremos de la reflectancia corresponden a dos direcciones de vibracin principales.

En los cristales monoclnico~; las secciones paralelas al eje binario se comporta como las secciones pinacoidales rmbicas; en cualquier otra direccin sepresentan una serie de fenmenos adicionales: rotacin de la direccin reflejada, vibracin elptica o ambos fenmenos a la vez que hacen muy difcil l a obtencin del poder reflector segn los ejes de la superficie ptica.

Los cristales triclnicos se comportan en cualquier seccin como las secciones generales de los monoclnicos. En el caso general la superficie ptica de referencia es de orden superior.La reflectancia se realizan ahora con el uso de dispositivos fotoelctricos que, para el trabajo de investigacin, consisten principalmente en un tubo fotomultiplicador montado en la enseanza microscopio para minerales y ciertos trabajos de rutina, la fotoclula de selenio est siendo empleada en sistemas simples, y fotomultiplicadores baratos ya estn disponibles y dan mucho mejor resultados dispositivo fotoelctrico se emplea, los principales componentes y su disposicinla lmpara, que est integrado en la mayora de los sistemas modernos de microscopio, se debe ejecutar en un alto filamento temperatura 3500 K y debe estabilizarse para el trabajo preciso, en algunos sistemas, se inserta el monocromador entre la fuente luminosa y la muestra, pero en otros se coloca inmediatamente en frente de la fotoclula o la photomultiplier,el ms conveniente y monocromador comunmente empleado es el filtro de interferencia, de los cuales hay dos tipos: el tipo de cinta permite a una gama de longitudes de onda con la amplitud de banda de medio altura de de -20 nm pase a travs, mientras que, por el tipo de lnea, el ancho de banda es nica -10 nm.

diagrama de bloques que muestra la disposicin general de la fotometra microscopio galopin and henry ,1972Procedimiento de medicin Es un mtodo comparativo que consiste en hacer incidir normalmente un haz luminoso sobre una superficie pulida. Parte de esta luz es absorbida por el material y el resto reflejada hasta la superficie sensible de un fotomultiplicador que transforma la intensidad luminosa en una corriente elctrica, medida con un galvanmetro de gran sensibilidad. La magnitud del desplazamiento de la escala galvanomtrica es directamente proporcional a la intensidad luminosa recibida.

. Si se dispone de una superficie reflejante cuyos valores de reflectancia son conocidos, es posible establecer unacomparacin entre los desplazamientos de la escala galvanomtrica provocados por las dos superficies y calcular la reflectancia del material problema, deacuerdo con la frmula siguiente:PROCEDIMIENTO DE MEDICINObviamente, los procedimientos de medicin precisos variarn entre los diferentes sistemas, pero una medida de rutina tpica de un instrumento sencillo podra implicar la siguiente secuencia para una medicin de reflectancia a una longitud de onda especfica en el aire1.-estndar y se muestra tanto cuidadosamente limpiados y empataron2.- Se selecciona un objetivo (para el material de grano grueso con un aumento de x8 a x16 x es ost adecuado), y la muestra se coloca en el escenario y fuertemente enfocada3.- se selecciona una longitud de onda para la medicin (comnmente 546 o 589 nm: vase la seccin 5.2.2) y el monochromator se ajusta en consecuencia4.-la parada de campo fotmetro y la parada de campo iluminador se ajustan de manera que la primera es aproximadamente la mitad del dimetro de este ltimo, que a su vez cubre una zona homognea de la muestra5.- el fotmetro se ajusta de modo que las lecturas de la muestra y estndar son a la vez en la escala mediante la insercin de cada uno a su vez y pasar el haz a travs de la fotoclula fotomultiplicador6.-la lectura se toma de la muestra, colocndolo en el escenario y la luz que pasa a la fotomultiplicador y tomar la lectura del galvanmetro Gsp7.-la lectura se toma para el estndar, que tambin se centra cuidadosamente con las condiciones que se mantiene exactamente la misma que para la muestra G "st8.-si es necesario, de nuevo con las mismas condiciones de mantenerse, una lectura se toma con un cuadro negro celebrada sobre el frente de la objective. this es una lectura de brillo directo, que es la luz reflejada de la superficie posterior del objetivo antes de llegar la muestra (C) (vase el grfico 5.7) .Aunque esta correccin se recomienda en muchas texts.such standar como Galopin y Henry (1972), en instrumentos modernos generalmente no se requieren tales precauciones (criddle, 1909)9.-la reflectancia se calcula de nuevo, si es necesario, despus de haber restado el valor de la medicin de reflejos

Figura 5.7 curvas de reflectancia espectral de arsenopirita para la vibracin paralela a las principales direcciones cristalogrficas. (datos de Criddle y Stanley, 1993)El tercer ejemplo de una curva de reflectancia espectral que se muestra es la de arsenopirita, uno de los pocos minerales biaxiales para los que se dispone de datos de cristal orientada individuales (figura 5.79. Las tres direcciones de vibracin son especificados por ejes cristalogrficos, ya que la inspeccin de las curvas mostrar que las asignaciones a largo de todo el rango visible tendran sentidoel procedimiento para la fabricacin de una sola medicin que se describe al comienzo de esta seccin se aplica tambin a la medicin de la curva espectral. el sistema fotomultiplicador moderno es muy adecuado para realizar mediciones en todo el espectro visible, incluso en granos muy pequeos .En hacer tales mediciones, es posible medir el estndar en todas las longitudes de onda inicialmente y luego medir la muestra o para medir cada consecutivamente en cada longitud de onda

El primer procedimiento hace considerables exigencias en la estabilidad del aparato y requiere un entorno bien emparejado del monocromador en cada longitud de ondaEl segundo procedimiento es potencialmente sujetos a centrarse y nivelacin errores, adems de los problemas de volver a las mismas reas de la muestra y estndar. Sin embargo, es posible utilizar una etapa de cambiador de espcimen mecnica especialmente diseado, que puede ser montado en el microscpicas. Un ejemplo de tal dispositivo es la etapa cambiador espcimen lanhan en el que la muestra y estndar se puede montar, nivelado, y se concentr, despus de lo cual la conmutacin entre los dos es una operacin mecnica trivial y ambos siempre volver a la misma zona en la misma posicin de enfoqueMEDICIN DE REFLECTANCIA SEMIAUTOMATIZADOEl procedimiento de medicin se acaba de describir es como se empleara en un instrumento manual sencillo sin embargo, con la amplia disponibilidad relativamente baratos, las computadoras de escritorio programables, varios fabricantes ahora produce instrumentos semiautomticos. En tales sistemas, despus de haber seleccionado el grano para la medicin y se han tomado las medidas adecuadas para garantizar el ajuste del propio microscopio, las mediciones se pueden tomar bajo control por ordenador con un monocromador con motor de avance automtico automticamente a travs de la gama de longitud de onda seleccionada. Varias exploraciones se registrarn para la muestra (y entonces el estndar), almacenada en el ordenador, y se manipulan para producir valores de reflectancia y curvas de dispersin espectral (ver Criddle, 1990, para ms dicussion)STANDARESYa que los mtodos ampliamente utilizados de medicin de reflectancia dependen de la comparacin directa de lo desconocido con un estndar de reflectancia conocida, los estndares precisos y fiables son de la mayor importancia. Tales cuestiones son la preocupacin de la comisin Commission for Ore Mineralogy, (COM abreviado) de la Asociacin Mineralgica Internacional, que seleccion a los siguientes materiales como standardas para la medicin de la reflectancia

Estos estndares, han sido elegidos, ya que pueden tener y mantener un buen pulimento y debido a que presentan poca dispersin espectral, son capaces de obtener de los fabricantes de equipos para la fotometra de microscopio, cada norma est calibrada individualmente en el aire y aceite de inmersin

cristal negrocarburo de silicio (SiC)Titanio Tungten (WTIC)

ERRORES EN LA MEDICIN Y SU CORRECCINErrores de nivelacin: Es muy importante que tanto la muestra y el estndar estn normal al eje del microscopio y, para el trabajo detallado, que se emplee una platina especial con tornillos de nivelacin (por ejemplo, la etapa de Lanham). Es posible comprobar si la muestra es de nivel mediante el uso de la prueba de nivelacin conoscpica, en el que se emplea la iluminacin conoscpica.

Errores de enfoque: El cambio de la altura de la superficie reflectante sobre la que no se produce perdida de nitidez de la imagen se denomina profundidad de foco, y, dentro de este intervalo, las lecturas del fotmetro no cambian.

Errores debidos a la configuracin del microscopio: Las distintas configuraciones de las paradas y los diafragmas con diferentes objetivos pueden ser crticos, particularmente en relacin con los problemas de deslumbramiento IDENTIFICACION DE MINERALES

El primer objetivo de la medicin de la reflectancia es la identificacin de un mineral opaco. En este sentido, una medicin de reflectancia es el parmetro ptico cuantitativo ms til. Las compilaciones de datos de reflectancia, a menudo combinados con datos sobre el nmero de dureza Vickers, han sido publicadas por diversos autores, sin embargo, actualmente todos estos datos han sido reemplazados por el archivo de datos de la COM. (Criddle y Stanley 1993) Otros dos esquemas determinantes que deben mencionarse son el esquema de Delft para limitar sistemticamente las posibles especies minerales ; y el sistema interactivo de Nottingham para la identificacin de minerales opacos (NISOMI), que es una serie de programas de ordenador que llevan a cabo las rutinas de bsqueda basados en las aportaciones de reflectancia y microdatos de dureza.

El sistema de Bowie-Simpson

La gama de reflectancia se representa por una lnea horizontal, sin marcas para una fase isotrpica, con ticks (O y E) para una fase uniaxial y ticks (sin letras) para una fase biaxial. (Despus de Bowie Simpson 1978) APLICACIONES EN LA CARACTERIZACION COMPOSICIONAL DE MINERALES Un campo importante an no totalmente explorado es la correlacin de las variaciones de reflectancia con variaciones de composicin en minerales.

El primero es el uso de un mtodo reflectomtrico para determinar el contenido de plata de las aleaciones de oro y plata naturales.

CURVAS DE REFLECTANCIA ESPECTRAL DE ORO PURO, PLATA, Y UNA ALEACIN ARTIFICIAL DE 50% DE ORO Y PLATA

APLICACIONES EN LA CARACTERIZACION COMPOSICIONAL DE MINERALES Un nmero de sistemas de minerales opacos de xido exhiben comportamiento de la solucin slida, lo que provoca variaciones sistemticas en la reflectancia. Un ejemplo importante es la sustitucin de magnesio en la ilmenita (FeTi03).

Este mtodo rpido para la determinacin del magnesio en ilmenitas tiene aplicaciones prcticas en la prospeccin de diamante, ya que ilmenitas de kimberlitas caractersticamente llevan 10% de MgO.

GRFICO DE REFLECTANCIA (R0) PARA ILMENITAS CON DISTINTOS CONTENIDOS DE MGO.

(Despus de Cervelle, Levy, y Caye, 1971) http://www.minsocam.org/msa/OpenAccess_publications/Craig_Vaughan/Craig_Vaughan_book_reduced.pdfbibliografiasORCEL, J. (1927):C. R. Acad. Sci., Pars, 183, 1141-1143.ORCEL, J. (1930): Bztll. Soc. fr. wtits., 53, 301-349.CAPDECOMYLE., (1938): BuI1. Soc. fr. Mineral. Cristallogr.,51, 5-118.CAPDECODIMLE. , (1939): Rev. Optic. tkoriqite et iristrz~mentale, 18, p. 57-65.CAPDECOMMLE., , and ORCELJ, . (1941) : Rev. Ofitic. Tltoriq~te et itzstrz~wteittale, 20, 47-114.SCHNEIDERHOHHN., and RAMDOHRP,. (1931) : Lekrbz~chder Ersitikroskopie, Bd. 2, Berln.Moss~s, J. 11. (1936) : Doctor Thesis. Harvard University.FOLINSBEER, . E. (1949): Ecow. Geol. 44, 425-436.

MTODOS CUANTITATIVOS DE LA DUREZAQu es la dureza?Existen varias definiciones sobre qu es la dureza, como las sgtes.:

1) Resistencia a la indentacin permanente bajo cargas estticas o (dureza por penetracin).2) Absorcin de energa bajo cargas de impacto o dinmicas (dureza por rebote).3) Resistencia a la abrasin (dureza por desgaste)4) Resistencia al rayado (dureza por rayado).

La propiedad de la capa superficial de un material de resistir la deformacin elstica, plstica y destruccin, en presencia de esfuerzos de contacto locales inferidos por otro cuerpo, ms duro, el cual no sufre deformaciones residuales (indentador penetrador), de determinada forma y dimensiones.

En el cual se puede deducir:

1. Que es una respuesta de los minerales o materiales a resistir la penetracin de un indentador (ya sea objeto especial de rayadura u algn mineral u objeto de dureza conocida).2. Relacionada con las propiedades elsticas y plsticas del material.3. La dureza, por definicin, es una propiedad de la capa superficial del material, no del material en s.

Los diferentes mtodos desarrollados para medir la dureza en general consisten en producir una deformacin local, en el material que se ensaya, a travs de un indentador. Los valores obtenidos son siempre dependientes del mtodo y las condiciones en las que se ensaya por lo que para que un valor de dureza sea til y permita su comparacin debe estar acompaado de la indicacin del mtodo utilizado y las condiciones del ensayo.

Existen dos grandes campos de ENSAYOS DE DUREZA, los cuales son:

1.ENSAYOS ESTTICOS

2.ENSAYOS DINMICOSBRINELLVICKERSKNOOPROCKWELLSHORELEEB POLIUCI

Ensayo Brinell En el ensayo de dureza Brinell el penetrador es una bola de acero extraduro de dimetro D, que se apoya sobre la probeta a estudiar; ejerciendo sobre la misma una fuerza P durante un tiempo t dado, aparece una huella de dimetro d sobre el metal.

HB=P/S

Ensayo Brinell Otra manera de determinar el nmero HB es partiendo del dimetro d de la impresin lo cual tiene la ventaja de que se pueden efectuar tantas mediciones como se estimen necesarias.

HBS para los casos en que se utilice bola de aceroHBW para cuando se utilice bola de carburo de tungsteno

Ensayo Brinell El mtodo estndar como tal se realiza bajo las siguientes condiciones:

Dimetro de la bola (D) : 10 mmCarga (F): 3000 kgfDuracin de la carga (t): 10 ... 15 s

En el caso de realizarse el ensayo bajo estas condiciones el nmero de dureza Brinell se denota:220 HB

Esta notacin indica una dureza Brinell de 220 bajo las condiciones estndar arriba nombradas. (10/3000/15).

Ensayo Brinell Si por alguna razn no pueden aplicarse las condiciones estndar es posible aplicar cargas menores y utilizar indentadores esfricos de dimetros menores (estas mediciones no se consideran como estndar). En este caso la obtencin de resultados comparables de los ensayos exige la observacin del criterio de semejanza que para el caso dado corresponde a la constante de la relacin de la carga respecto al cuadrado del dimetro de la bola.

Ensayo Brinell En el caso de realizarse el ensayo bajo condiciones distintas a las estndar y atendiendo a la consideracin anterior, la dureza Brinell se denota tambin como HB, pero con la adicin de sufijos que indiquen el dimetro de la bola, la carga y el tiempo de aplicacin de la misma.

63 HB 10/500/30

Esta notacin indica una dureza Brinell de 63 medida con una bola de 10 mm de dimetro y una carga de 500 kgf aplicada durante 30 s.Procedimientos Para obtener la dureza Brinell de la superficie de un material se presiona contra la probeta una bola de acero con determinado dimetro D. La bola se mantiene algn tiempo bajo la carga P. Luego de retirada la carga se miden dos dimetros, en direcciones mutuamente perpendiculares, de la impronta dejada, con ayuda de un microscopio. El valor medio de los dimetros (d) y los otros valores se sustituyen en la frmula de trabajo para obtener el valor de la dureza Brinell.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDAMquinaEste aparato sirve para la medicin tanto de dureza Brinell como Vickers. Aplica cargas hasta de 3000 kgf . Posee incorporado un microscopio de medicin, el cual posee una resolucin de 0,001mm.

MAQUINARIA, MATERIALES E INSTRUMENTOS DE MEDIDAProbetas. Se ensayarn tres probetas cilndricas: de acero, de latn y de aleacin de aluminio.Indentadores.La bola estndar para el ensayo de dureza Brinell debe tener 10 mm de dimetro con una desviacin no mayor de 0,005 en cualquiera de los dimetros. Las bolas ms pequeas tienen dimetros y tolerancias.

TABLA DE SELECCIN DE LOS GRADOS DE FUERZA

DUREZA VICKERSLa determinacin de la dureza Vickers es similar a la Brinell ya que se obtiene del cociente de la carga aplicada por la superficie de la impronta. Sin embargo en este caso se utiliza una carga pequea y el penetrador es un diamante en forma de pirmide.

La utilizacin de una pirmide de diamante tiene las siguientes ventajas:Las improntas resultan bien perfiladas, cmodas para la medicinla forma de las improntas es geomtricamente semejante, por lo cual la dureza para un mismo material es constante, independientemente de la magnitud de la carga.este mtodo es aplicable con igual xito para los materiales blandos y duros, y sobre todo para los ensayos de probetas delgadas.

El sentido fsico del nmero de dureza Vickers es anlogo a HB. La magnitud de HV es tambin un esfuerzo convencional medio en la zona de contacto del indentador, muestra y suele caracterizar la resistencia del material a la deformacin plstica considerable.

donde d es la media aritmtica de las diagonales d1 y d2.

Debido a que el valor del ngulo a es constate e igual a 136, en la prctica se usa la siguiente frmula de trabajo:

El mtodo estndar se realiza bajo las siguientes condiciones: Indentador Pirmide de diamante = 136 Carga (P): 1 a 120 kgf Duracin de la carga (t): 10 a 15 s

El nmero de dureza Vickers se denota como HV:440 HV 30Esta notacin indica una dureza Vickers de 440 bajo carga de 30 kgf. Aplicada por un tiempo de 10 a 15 s.

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL Determina en funcin del grado de penetracin de la pieza a ensayar a causa de la accin del penetrador bajo una carga esttica dada.Difiere del ensayo Brinell en que las cargas son menores y los penetradores ms pequeos por lo que la impronta ser menor y menos profunda.No requiere la utilizacin de frmula alguna para la determinacin de la durezaEl estndar ASTM E 18-03 define la dureza Rockwell como un mtodo de ensayo por indentacin por el cual, con el uso de una mquina calibrada, se fuerza un indentador cnico esferoidal de diamante (penetrador de diamante), o una bola de acero endurecido (acero o carburo de tungsteno), bajo condiciones especficas contra la superficie del material a ser ensayado, en dos operaciones, y se mide la profundidad permanente de la impresin bajo condiciones especficas de carga.

DURMETRO ANALGICO Y MANUALDURMETRO COMPLETAMENTE AUTOMTICODURMETRO SEMIAUTOMTICO CON PANEL DIGITAL

ESQUEMA DE MEDICIN DE LA DUREZA ROCWELL

INDICADOR CNICO ESFEROIDAL A: CNICO ESFEROIDAL (DIAMANTINO)B: ESFERA DE ACERO, O CARBONO DE TUNGTENONMERO DE ROCKWELL (HR):HR* = 100 eHR**=130 - e e= h

ESCALA:ROJA (TIPO B)NEGRO (TIPO A)

CARGA APLICABLE:

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TABLA DE ESCALAS DE DUREZA ROCKWELLNOMENCLATURA:N HR LETRA LETRA DEL MATERIALDonde:N = Al nmero de carga aplicada en KgFHR = nmero de RockwellLetra = escalaLetra del material = W-tungsteno, D -diamantinoCONSIDERACIONES

La cara a ensayar debe ser lisa y plana, la carga debe actuar en forma perpendicular a la probeta, la cual no debe moverse durante el ensayo.El ensayo debe ser descartado si la cara opuesta a la ensayada presenta una marca por pequea que sea, ya que esto implica que el apoyo soport parte de la carga.El valor de dureza debe resultar del promedio de por lo menos tres mediciones las que debern efectuarse a una distancia de no menos de 3 mm.TIPO ROCKWELL SUPERFICIAL En este caso se utiliza una carga inicial de 3 kg y cargas adicionales de12, 27 y 42 kg.La dureza superficial con el cono de diamante puede emplearse en piezas extremadamente delgadas tales como hojas de afeitar, o bien en aquellas que han sido endurecidas superficialmente en una capa de muy delgado espesor, como es el caso de los aceros nitrurados o cementados. Con los penetradores esfricos se pueden ensayar los aceros blandos, bronces, etc.

La mquina de ensayo tiene una escala nica dividida en 100 partes iguales, correspondiendo cada divisin a 0,001mm, lo que hace a un rango total de penetracin de 0,1 mm.En este caso las combinaciones entre penetradores y cargas se distinguen con subndices, constituidos por el valor de la carga total en kg y las letras N, T, W, X e Y. HR30N significa dureza Rockwell superficial carga: 30 kg penetrador: cono de diamanteHR45T significa dureza Rockwell superficial carga: 45 kg penetrador: bolilla 1/16.

TABLA DE ESCALAS DE ROCKWELL SUPERFICIAL

ENSAYO DE DUREZA MEYERExtensin? del ensayo de dureza Brinell.Es ms fcil de calcular y ms precisa que Brinell.Clculos segn el rea proyectada de la huella.A pesar de tener datos ms fiables, no se ha extendido mucho su uso.

MHN : NMERO DE MEYERF : FUERZA APLICADA POR LA CARGAd : dimetro del casqueteLEY DE MEYERP : CARGA EN MEGAPASCALESK : RESISTENCIA A LA INCISIN INICIALd : dimetro del casqueten : ndice de meyer

GRFICO: RELACIN HB Y HM

ENSAYOS DINMICOS DE DUREZAEn los ensayos dinmicos la carga se aplica en forma de impacto a diferencia de los mtodos estticos en los que se aplica en forma relativamente lenta y progresiva.Mtodo de ShoreEl mtodo Shore consiste en determinar el rebote que sufre un percutor al chocar contra la superficie que se ensaya, cuando se lo deja caer desde una altura determinada.El percutor utilizado es de acero duro de forma cilndrica y punta redondeada de muy buena terminacin, la que tambin puede ser de diamante.El percutor cuyo peso es de 3 a 7 gr se deja caer desde una altura de 250 mm.

Mtodo ultrasnico de medicin de dureza (UCI).En el mtodo UCI Ultra Sonic Contac Impedance la huella no es evaluada pticamente sino a travs de la medicin electrnica del corrimiento de la frecuencia ultrasnica con la que se excita el identador.

El mtodo UCI utiliza un identador Vickers sujeto a una varilla que es excitada armnicamente, a una frecuencia aproximada de 70 kH, por un sistema de transductores piezoelctricos.

Esquema del sistema de medicin de dureza UCI

De esta manera la varilla que soporta al identador oscilar a la frecuencia de resonancia correspondiente como si fuera un sistema masa resorte.

Modelo de masa-resorte de la varilla oscilante

Espesores de 2mm hasta 20mm.

ENSAYO DE DUREZA KNOOPSirve para hallar la microdureza de lminas muy delgadas, incluso de depsitos electrolticos (como compuestos de cianuro y potasio de plata, de color blanco con una escala de